Прынцып працы гібрыднай лазерна-кіслароднай рэзкі

Лазерная рэзка кампазітаў звычайна азначае «лазерная кіслародная рэзка«», што з'яўляецца адным з асноўных працэсаў лазернай рэзкі (два іншыя - гэта лазерная рэзка плаўленнем і лазерная рэзка выпарэннем). Гэта не азначае «полымя, згенераванае лазерам», а хутчэй гібрыдны працэс, у якім лазер выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы цяпла, дапоўнены чыстым кіслародам у якасці дапаможнага газу, для ініцыявання энергічнай рэакцыі акіслення і гарэння (г.зн. «полымя») у металах (у асноўным сталёвых матэрыялах) падчас працэсу рэзкі. Гэты працэс выкарыстоўвае цеплавую энергію хімічнай рэакцыі для значнага павышэння прадукцыйнасці рэзкі.

Далей мы падрабязна разгледзім яго прынцып з некалькіх пунктаў гледжання:

Асноўны прынцып: лазерна-індукаванае кантраляванае гарэнне металу

1. Роля лазера (запальванне і абслугоўванне):

• Лазерны прамень высокай шчыльнасці энергіі факусуецца на паверхні апрацоўванай дэталі, у выніку чаго тэмпература апрамененага металу хутка павышаецца да кропкі ўзгарання (прыблізна 1350°C для жалеза).
• Лазерны прамень забяспечвае бесперапынную, дакладную крыніцу цяпла высокай энергіі, якая не толькі запальвае рэакцыю, але, што больш важна, падтрымлівае высокую тэмпературу ў зоне рэакцыі.

2. Роля кіслароду (агента гарэння і паглынальніка):

• Струмень высокачыстага кіслароду пад высокім ціскам падаецца кааксіяльна з лазерным праменем на металічную пляму, нагрэтую лазерам.
• Жалеза (Fe), якое дасягае кропкі ўзгарання, і кісларод (O₂) падвяргаюцца бурнай экзатэрмічнай рэакцыі акіслення (гарэння): 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, награваецца.
• Гэтая рэакцыя вызваляе шмат цяпла (прыкладна ў 3-5 разоў больш энергіі, чым сама лазерная!). Гэта ключ да «злучэння» энергіі. Гэта дадатковае цяпло значна павялічвае агульную здольнасць плаўлення/газіфікацыі.

3. Кампазітны працэс супрацоўніцтва:

• Папярэдні нагрэў і запальванне: лазер спачатку награвае лакальны метал да кропкі запальвання.
• Экзатэрмічнае гарэнне: пры ўпырску кіслароду метал моцна гарыць, выпрацоўваючы значна большую колькасць цяпла, чым можа забяспечыць сам лазер, хутка плавячы або нават акісляючы метал і ўтвараючы шлак (у асноўным FeO і Fe3O4).
• Выдзіманне і фармаванне: Яшчэ адна важная роля патоку кіслароду пад высокім ціскам заключаецца ў тым, каб моцна выдзімаць расплаўлены аксід металу (шлак), які ўтвараецца ў выніку рэакцыі, з рэжучага шва, як «паветраны нож», каб утварыць чыстую, адносна гладкую паверхню рэзання.

Бесперапынны: Лазерны прамень рухаецца наперадзе, бесперапынна награвае новую вобласць, і рэакцыя гарэння ідзе за лазерным фокусам наперад і ўніз, і, нарэшце, пранікае ў апрацоўваную дэталь і ўтварае разрэз.

Чым такі эфектыўны гэты «складаны» падыход? (Перавага)

1. Высокая здольнасць рэзаць тоўстыя пласціны:Для вугляродзістай сталі (напрыклад, нізкавугляродзістай сталі) лазерная кіслародная рэзка з'яўляецца найбольш эканамічна эфектыўным і хуткім метадам рэзкі сярэдніх і тоўстых лістоў (звычайна больш за 6 мм, да 30 мм і нават таўсцей). Чыстая лазерная плаўленая рэзка (напрыклад, з дапамогай азоту) цалкам залежыць ад лазернай энергіі для плаўлення металу, таму паверхня тоўстага ліста здаецца недастатковай.

2. Высокая хуткасць рэзкі:З-за дадання хімічнай энергіі рэакцыі гарэння металу агульная ўваходная энергія значна вышэйшая, чым у адной лазернай энергіі, таму хуткасць рэзкі значна вышэйшая, чым пры плаўленні пры той жа магутнасці.

3Патрабаванні да магутнасці абсталявання адносна нізкія:Каб разрэзаць тую ж вугляродзістую сталь, магутнасць лазера, неабходная для лазернай кіслароднай рэзкі, можа быць значна меншай, чым для чыстай лазернай плаўленай рэзкі, што зніжае выдаткі на абсталяванне і спажыванне энергіі.

4. Добрая якасць рэзкі:Для тоўстых пласцін з вугляродзістай сталі можна атрымаць паверхню рэзання з добрай вертыкальнасцю і меншай колькасцю шлаку (ідэальны стан).

Характарыстыкі і абмежаванні працэсу

1. Выбарчасць матэрыялаў:

• У першую чаргу для рэактыўных металаў: найбольш тыповым і ідэальным матэрыялам для ўжывання з'яўляецца вугляродзістая сталь.

• Не падыходзіць для нержавеючай сталі, алюмінію, медзі і г.д.:
• Нержавеючая сталь: хром (Cr) і іншыя элементы ўтвараюць аксіды з высокай тэмпературай плаўлення (напрыклад, Cr2O3), якія перашкаджаюць працягу рэакцыі акіслення, і шлак не так лёгка здзімаецца, што прыводзіць да шурпатай паверхні рэзання і моцнага налёту шлаку.
• Алюміній і медзь: тэмпература плаўлення іх аксідаў (Al2O3, CuO) значна вышэйшая за тэмпературу плаўлення самой падкладкі, пакрываючы паверхню як цвёрдая абалонка, перашкаджаючы працягу рэакцыі і валодаючы высокай адбівальнай здольнасцю да лазера.

2. Характарыстыкі паверхні рэзання:

• З-за рэакцыі акіслення паверхня разрэзу будзе мець аксідны пласт (падобны да апрацоўкі сіняй) і можа быць злёгку шурпатай (у параўнанні са светлым бокам азотнага разрэзу).
• На дне можа заставацца невялікая колькасць шлаку, якую неабходна мінімізаваць, аптымізаваўшы параметры працэсу.

3. Зона цеплавога ўздзеяння большая:Бурная рэакцыя акіслення будзе генераваць больш цяпла, у выніку чаго зона цеплавога ўздзеяння нарыхтоўкі будзе шырэйшай, чым пры лазерным плаўленні і рэзцы, і агульная цеплавая дэфармацыя нарыхтоўкі можа быць крыху большай.

Параўнанне з іншымі працэсамі рэзання

СУПРАЦЬ чыстай лазернай азотнай рэзкі (рэзкі плаўленнем):

• Азотная рэзка: лазернае плаўленне металу з прадзьмухам расплаву азотам пад высокім ціскам. Адсутнасць рэакцыі акіслення, шліф бліскучы і без аксіднага пласта, але хуткасць нізкая, расход газу вялікі, а кошт высокі. Падыходзіць для нержавеючай сталі, алюмінію і г.д., але неэканамічная для тоўстай вугляродзістай сталі.
• Кіслародная рэзка: дадатковая рэакцыя акіслення, высокая хуткасць, нізкі кошт, падыходзіць для вугляродзістай сталі, але ў раздзеле ёсць аксідны пласт.

СУПРАЦЬ традыцыйнай газавай рэзкі (аксідаацэтыленавай рэзкі):

• Традыцыйнае полымя: папярэдні нагрэў полымем, рэзка чыстым кіслародным гарэннем. Павольны папярэдні нагрэў, шырокая шчыліна, нізкая дакладнасць і вялікая цеплавая дэфармацыя.
• Лазерная кіслародная рэзка: з высокай энергіяй лазернай дакладнасці, хуткім папярэднім нагрэвам, вельмі вузкім швом рэзкі (і дыяметрам лазернай плямы), высокай дакладнасцю, малым
• Нахіл ll, невялікі цеплавы ўздзеянне, з'яўляецца традыцыйнай мадэрнізацыяй газавай рэзкі, версіяй высокай дакладнасці.

Кароткі змест

Асноўны прынцып працы лазернага полымянага (лазерна-кіслароднага) рэзчыка кампазітных матэрыялаў заключаецца ў выкарыстанні высокаэнергетычнага лазернага прамяня для дакладнага запальвання і падтрымання бурнай рэакцыі гарэння металу (жалеза) у чыстым кіслародным асяроддзі, а таксама ў спалучэнні цеплавой энергіі лазера з хімічнай энергіяй акіслення металу для дасягнення эфекту рэзкі «1 1> 2». Ён ідэальна спалучае перавагі высокай дакладнасці і высокай факусоўкі лазера з перавагамі высокай эфектыўнасці і нізкай кошту гарэння кіслароду, што робіць яго незаменным асноўным працэсам у галіне рэзкі лістоў вугляродзістай сталі сярэдняй і тоўстай таўшчыні.