Principio de funcionamiento de la máquina de corte híbrida láser-oxicorte.

El corte compuesto por llama láser generalmente se refiere a “corte láser de oxígenoEl término «llama generada por láser» es uno de los principales procesos de corte por láser (los otros dos son el corte por fusión láser y el corte por vaporización láser). No se refiere a una «llama generada por láser», sino a un proceso híbrido que utiliza un láser como fuente de calor, complementado con oxígeno puro como gas auxiliar, para iniciar una vigorosa reacción de oxidación-combustión (es decir, una «llama») en metales (principalmente acero) durante el proceso de corte. Este proceso aprovecha la energía térmica de la reacción química para mejorar significativamente el rendimiento del corte.

A continuación, explicaremos su principio en detalle desde varias perspectivas:

Principio fundamental: Combustión controlada de metales inducida por láser.

1. El papel del láser (encendido y mantenimiento):

• Un haz láser de alta densidad energética se enfoca sobre la superficie de la pieza de trabajo, lo que provoca que la temperatura del metal irradiado aumente rápidamente hasta su punto de ignición (aproximadamente 1350 °C para el hierro).
• El rayo láser proporciona una fuente de calor continua, precisa y de alta energía que no solo inicia la reacción, sino que, lo que es más importante, mantiene la zona de reacción a una temperatura elevada.

2. Función del oxígeno (agente de combustión y eliminador de radicales libres):

• Se inyecta coaxialmente un chorro de oxígeno de alta presión y alta pureza con el haz láser sobre el punto metálico calentado por el láser.
• El hierro (Fe) que alcanza el punto de ignición y el oxígeno (O₂) experimentan una violenta reacción de oxidación exotérmica (combustión): 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O, calor
• Esta reacción libera mucho calor (¡aproximadamente de 3 a 5 veces la energía del propio láser!). Esta es la clave para la energía compuesta. Este calor adicional aumenta considerablemente la capacidad general de fusión/gasificación.

3. Proceso colaborativo compuesto:

• Precalentamiento e ignición: El láser calienta primero el metal localizado hasta el punto de ignición.
• Combustión exotérmica: inyección de oxígeno, el metal arde violentamente, generando mucho más calor del que el propio láser puede proporcionar, fundiendo rápidamente o incluso oxidando el metal y formando escoria (principalmente FeO y Fe3O4).
• Soplado y conformado: Otra función importante del flujo de gas oxígeno a alta presión es soplar violentamente, como un "cuchillo de aire", el óxido de metal fundido (escoria) generado por la reacción en la junta de corte, para formar una superficie de corte limpia y relativamente lisa.

Continuo: El rayo láser se mueve hacia adelante, precalentando continuamente la nueva zona, y la reacción de combustión sigue el foco del láser hacia adelante y hacia abajo, y finalmente penetra en la pieza de trabajo y forma un corte.

¿Cómo es que este enfoque “compuesto” es tan eficiente? (Ventaja)

1. Gran capacidad para cortar planchas gruesas:Para el acero al carbono (como el acero con bajo contenido de carbono), el corte por láser con oxígeno es el método más rentable y rápido para cortar chapas medianas y gruesas (generalmente de más de 6 mm, hasta 30 mm o incluso más). El corte por fusión láser pura (como el que utiliza nitrógeno) depende completamente de la energía del láser para fundir el metal, por lo que la superficie de la chapa gruesa parece insuficiente.

2. Velocidad de corte rápida:Debido a la adición de energía química de la reacción de combustión del metal, el aporte total de energía es mucho mayor que el de una sola energía láser, por lo que la velocidad de corte es significativamente más rápida que el corte por fusión con la misma potencia.

3Los requisitos de energía del equipo son relativamente bajos:Para cortar el mismo acero al carbono, la potencia láser necesaria para el corte con oxígeno mediante láser puede ser mucho menor que la del corte por fusión láser puro, lo que reduce los costes de los equipos y el consumo de energía.

4. Buena calidad de corte:En el caso de chapas gruesas de acero al carbono, se puede obtener una superficie de corte con buena verticalidad y menos escoria (estado ideal).

Características y limitaciones del proceso

1. Selectividad del material:

• Principalmente para metales reactivos: El material de aplicación más típico e ideal es el acero al carbono.

• No apto para acero inoxidable, aluminio, cobre, etc.
• Acero inoxidable: el cromo (Cr) y otros elementos forman óxidos de alto punto de fusión (como el Cr2O3), que impiden que la reacción de oxidación continúe, y la escoria no se elimina fácilmente, lo que da como resultado una superficie de corte rugosa y una grave acumulación de escoria.
• Aluminio y cobre: ​​el punto de fusión de sus óxidos (Al2O3, CuO) es mucho mayor que el del propio sustrato, cubriendo la superficie como una capa dura que impide que la reacción continúe y que presenta una alta reflectividad al láser.

2. Características de la superficie de corte:

• Debido a la reacción de oxidación, la superficie del corte tendrá una capa de óxido (similar al tratamiento de pavonado) y puede ser ligeramente rugosa (en comparación con el lado brillante del corte con nitrógeno).
• Es posible que quede una pequeña cantidad de escoria adherida al fondo, la cual debe minimizarse optimizando los parámetros del proceso.

3. La zona afectada por el calor es mayor:La violenta reacción de oxidación generará más calor, lo que provocará que la zona afectada por el calor de la pieza sea más amplia que la del corte y la fusión por láser, y que la deformación térmica general de la pieza sea ligeramente mayor.

Comparación con otros procesos de corte

VS. Corte con láser de nitrógeno puro (corte por fusión):

• Corte con nitrógeno: mediante la fusión del metal por láser y la posterior eliminación del metal fundido con nitrógeno a alta presión. No se produce oxidación, la sección queda brillante y sin capa de óxido, pero la velocidad es lenta, el consumo de gas es elevado y el coste es alto. Es adecuado para acero inoxidable, aluminio, etc., pero no resulta económico para acero al carbono de gran espesor.
• Corte con oxígeno: adición de reacción de oxidación, alta velocidad, bajo costo, adecuado para acero al carbono, pero la sección tiene una capa de óxido.

VS. Corte tradicional con llama (corte oxiacetilénico):

• Llama tradicional: corte por combustión con oxígeno puro mediante precalentamiento de la llama. Precalentamiento lento, ranura ancha, baja precisión y gran deformación térmica.
• Corte por oxígeno láser: con precisión láser de alta energía, precalentamiento rápido, la costura de corte es muy estrecha (y el diámetro del punto láser), alta precisión, sma
• Con una pendiente mínima y un pequeño impacto térmico, se trata de una modernización del corte por llama tradicional, una versión mejorada de alta precisión.

Resumen

El principio fundamental de la máquina de corte por láser compuesto (láser-oxígeno) consiste en utilizar un haz láser de alta energía para encender y mantener con precisión la reacción de combustión violenta del metal (hierro) en un entorno de oxígeno puro, combinando la energía térmica del láser con la energía química de la oxidación del metal para lograr un efecto de corte "1 1>2". Combina a la perfección las ventajas de la alta precisión y el alto enfoque del láser con las ventajas de la alta eficiencia y el bajo coste de la combustión con oxígeno, lo que la convierte en un proceso principal e insustituible en el campo del corte de chapas de acero al carbono de espesor medio y grande.