Egwyddor Peiriant Torri Hybrid Laser-Oxyfuel

Mae torri cyfansawdd fflam laser fel arfer yn cyfeirio at “torri ocsigen laser”, sy'n un o'r prif brosesau torri laser (y ddau arall yw torri toddi laser a thorri anweddu laser). Nid yw'n golygu “fflam a gynhyrchir gan laser,” ond yn hytrach proses hybrid sy'n defnyddio laser fel ffynhonnell wres, wedi'i ategu gan ocsigen pur fel nwy cynorthwyol, i gychwyn adwaith hylosgi ocsideiddio egnïol (h.y., “fflam”) mewn metelau (deunyddiau dur yn bennaf) yn ystod y broses dorri. Mae'r broses hon yn defnyddio'r egni thermol o'r adwaith cemegol i wella perfformiad torri yn sylweddol.

Nesaf, byddwn yn egluro ei egwyddor yn fanwl o sawl safbwynt:

Egwyddor Graidd: Hylosgi Metel Rheoledig a Achosir gan Laser

1. Rôl y laser (tanio a chynnal a chadw):

• Mae trawst laser dwysedd ynni uchel yn cael ei ffocysu ar wyneb y darn gwaith, gan achosi i dymheredd y metel wedi'i arbelydru godi'n gyflym i'w bwynt tanio (tua 1350°C ar gyfer haearn).
• Mae'r trawst laser yn darparu ffynhonnell wres barhaus, fanwl gywir, ynni uchel sydd nid yn unig yn tanio'r adwaith, ond yn bwysicach fyth yn cynnal yr ardal adwaith ar dymheredd uchel.

2. Rôl ocsigen (asiant hylosgi a sborionydd):

• Mae 1 ffrwd o ocsigen pwysedd uchel, purdeb uchel yn cael ei chwistrellu'n gydechelinol gyda'r trawst laser ar y fan metel sy'n cael ei gynhesu gan y laser.
• Mae'r haearn (Fe) sy'n cyrraedd y pwynt tanio ac ocsigen (O₂) yn mynd trwy adwaith ocsideiddio ecsothermig treisgar (hylosgi):4Fe3O₂ → 2Fe2O, gwres
• Mae'r adwaith hwn yn rhyddhau llawer o wres (tua 3-5 gwaith ynni'r laser ei hun!), Dyma'r allwedd i ynni "cyfansawdd". Mae'r gwres ychwanegol hwn yn gwella'r gallu toddi/nwyeiddio cyffredinol yn fawr.

3. Proses gydweithredol gyfansawdd:

• Cynhesu ymlaen llaw a thanio: Mae'r laser yn cynhesu'r metel lleol yn gyntaf i'r pwynt tanio.
• Hylosgi ecsothermig: chwistrelliad ocsigen, mae'r metel yn llosgi'n dreisgar, gan gynhyrchu gwres llawer uwch nag y gall y laser ei hun ei ddarparu, gan doddi neu hyd yn oed ocsideiddio'r metel yn gyflym, a ffurfio slag (Feo a Fe3o4 yn bennaf).
• Chwythu a ffurfio: Rôl bwysig arall llif nwy ocsigen pwysedd uchel yw chwythu'r ocsid metel tawdd (slag) a gynhyrchir gan yr adwaith o'r sêm dorri yn dreisgar fel "cyllell aer" i ffurfio arwyneb torri glân, cymharol llyfn.

Parhaus: Mae'r trawst laser yn symud o'i flaen, yn cynhesu'r ardal newydd yn barhaus, ac mae'r adwaith hylosgi yn dilyn ffocws y laser ymlaen ac i lawr, ac yn olaf yn treiddio'r darn gwaith ac yn ffurfio toriad.

Sut mae'r dull "cyfansawdd" hwn mor effeithlon? (Mantais)

1. Gallu cryf i dorri platiau trwchus:Ar gyfer dur carbon (fel dur carbon isel), torri ocsigen â laser yw'r dull mwyaf cost-effeithiol a chyflymaf ar gyfer torri platiau canolig a thrwchus (fel arfer yn fwy na 6mm, hyd at 30mm neu hyd yn oed yn fwy trwchus). Mae angen i dorri toddi â laser pur (fel gyda nitrogen) ddibynnu'n llwyr ar ynni laser i doddi'r metel, mae'n ymddangos bod wyneb plât trwchus yn annigonol.

2. Cyflymder torri cyflym:oherwydd ychwanegu ynni cemegol adwaith hylosgi metel, mae cyfanswm y mewnbwn ynni yn llawer uwch na chyflymder ynni laser sengl, felly mae'r cyflymder torri yn sylweddol gyflymach na'r torri toddi o dan yr un pŵer.

3Mae gofynion pŵer offer yn gymharol isel:i dorri'r un dur carbon, gall y pŵer laser sydd ei angen ar gyfer torri ocsigen â laser fod yn llawer is na phŵer torri toddi laser pur, gan leihau costau offer a defnydd ynni.

4. Ansawdd torri da:Ar gyfer platiau trwchus dur carbon, gellir cael arwyneb torri gyda fertigoldeb da a llai o slag (cyflwr delfrydol).

Nodweddion a chyfyngiadau proses

1. Dewisoldeb deunydd:

• Yn bennaf ar gyfer metelau adweithiol: Y deunydd cymhwyso mwyaf nodweddiadol a delfrydol yw dur carbon.

• Ddim yn addas ar gyfer dur di-staen, alwminiwm, copr, ac ati:
• Dur di-staen: bydd cromiwm (Cr) ac elfennau eraill yn ffurfio ocsidau pwynt toddi uchel (fel Cr2O3), sy'n rhwystro'r adwaith ocsideiddio rhag parhau, ac nid yw'r slag yn hawdd ei chwythu i ffwrdd, gan arwain at arwyneb torri garw a slag yn hongian yn ddifrifol.
• Alwminiwm a chopr: mae pwynt toddi ei ocsidau (Al2O3,CuO) yn llawer uwch na phwynt toddi'r swbstrad ei hun, gan orchuddio'r wyneb fel cragen galed, gan atal yr adwaith rhag parhau, ac mae ganddo adlewyrchedd uchel i laser.

2. Nodweddion arwyneb torri:

• Oherwydd yr adwaith ocsideiddio, bydd gan wyneb y toriad haen ocsid (tebyg i'r driniaeth glasu) a gall fod ychydig yn garw (o'i gymharu ag ochr ddisglair y toriad nitrogen).
• Efallai y bydd ychydig o slag yn hongian ar y gwaelod, ac mae angen lleihau hynny i'r lleiafswm trwy optimeiddio paramedrau'r broses.

3. Mae'r parth yr effeithir arno gan wres yn fwy:Bydd yr adwaith ocsideiddio treisgar yn cynhyrchu mwy o wres, gan arwain at barth yr effeithir ar wres yn y darn gwaith yn ehangach na pharth toddi a thorri laser, a gall anffurfiad thermol cyffredinol y darn gwaith fod ychydig yn fwy.

Cymhariaeth â phrosesau torri eraill

VS. Torri nitrogen laser pur (torri toddi):

• Torri nitrogen: trwy doddi metel â laser, gan chwythu'r toddi i ffwrdd gyda nitrogen pwysedd uchel. Dim adwaith ocsideiddio, mae'r adran yn llachar a dim haen ocsid, ond mae'r cyflymder yn araf, mae'r defnydd o nwy yn fawr, a'r gost yn uchel. Mae'n addas ar gyfer dur di-staen, alwminiwm, ac ati, ac nid yw'n economaidd ar gyfer dur carbon trwchus.
• Torri ocsigen: ychwanegu adwaith ocsideiddio, cyflymder cyflym, cost isel, addas ar gyfer dur carbon, ond mae gan yr adran haen ocsid.

VS. Torri fflam traddodiadol (torri ocsasetylen):

• Fflam draddodiadol: trwy rag-gynhesu fflam, torri hylosgi ocsigen pur. Rhag-gynhesu araf, hollt lydan, cywirdeb isel ac anffurfiad thermol mawr.
• Torri ocsigen laser: gyda chywirdeb laser ynni uchel, cynhesu ymlaen llaw cyflym, mae'r sêm dorri yn gul iawn (a diamedr man laser), cywirdeb uchel, bach
• Llethr ll, effaith thermol fach, yw'r moderneiddio torri fflam traddodiadol, fersiwn uwchraddio manwl gywirdeb uchel.

Crynodeb

Egwyddor graidd y peiriant torri cyfansawdd fflam laser (ocsigen laser) yw defnyddio trawst laser egni uchel i danio a chynnal adwaith hylosgi treisgar metel (haearn) mewn amgylchedd ocsigen pur yn gywir, a chyfuno egni thermol y laser ag egni cemegol ocsideiddio metel i gyflawni effaith torri “1 1> 2”. Mae'n cyfuno manteision cywirdeb uchel a ffocws uchel laser yn berffaith â manteision effeithlonrwydd uchel a chost isel hylosgi ocsigen, gan ei wneud yn broses brif ffrwd anhepgor ym maes torri dalennau dur carbon canolig a thrwchus.