Laser-oksükütuse hübriidlõikusmasina põhimõte

Laserleegiga komposiitlõikamine viitab tavaliselt „laser-hapniklõikus”, mis on üks peamisi laserlõikusprotsesse (kaks ülejäänut on lasersulatuslõikus ja laseraurustuslõikus). See ei tähenda „laseriga tekitatud leeki“, vaid pigem hübriidprotsessi, mis kasutab laserit soojusallikana, mida täiendab puhas hapnik abigaasina, et algatada lõikeprotsessi ajal metallides (peamiselt terasmaterjalides) jõuline oksüdatsioonipõlemisreaktsioon (st „leek“). See protsess kasutab keemilise reaktsiooni soojusenergiat lõiketulemuste oluliseks parandamiseks.

Järgnevalt selgitame selle põhimõtet üksikasjalikult mitmest vaatenurgast:

Põhiprintsiip: laserindutseeritud kontrollitud metalli põletamine

1. Laseri roll (süütamine ja hooldus):

• Töödeldava detaili pinnale suunatakse suure energiatihedusega laserkiir, mis põhjustab kiiritatud metalli temperatuuri kiire tõusu süttimispunktini (raua puhul umbes 1350 °C).
• Laserkiir pakub pidevat, täpset ja suure energiaga soojusallikat, mis mitte ainult ei sütita reaktsiooni, vaid mis veelgi olulisem, hoiab reaktsioonipiirkonna temperatuuri kõrgel.

2. Hapniku roll (põlemisagens ja püüdja):

• Laseriga kuumutatud metallpunktile süstitakse koaksiaalselt laserkiirega 1 voog kõrgsurve ja kõrge puhtusastmega hapnikku.
• Süttimispunkti jõudev raud (Fe) ja hapnik (O₂) läbivad ägeda oksüdatsiooni eksotermilise reaktsiooni (põlemise): 4Fe3O₂ → 2Fe2O, kuumus
• See reaktsioon vabastab palju soojust (umbes 3–5 korda rohkem kui laseri enda energia!). See on „ühendenergia“ võti. See lisasoojus suurendab oluliselt üldist sulamis-/gaasistamisvõimet.

3. Kombineeritud koostööprotsess:

• Eelsoojendus ja süütamine: Laser kuumutab kõigepealt kohalikku metalli süütepunktini.
• Eksotermiline põlemine: hapniku sissepritse, metall põleb ägedalt, tekitades palju rohkem soojust, kui laser ise suudab tekitada, sulatades või isegi oksüdeerides metalli kiiresti ja moodustades räbu (peamiselt FeO ja Fe3O4).
• Puhumine ja vormimine: Kõrgsurve hapnikugaasivoolu teine ​​oluline roll on reaktsiooni käigus tekkiva sulametalli oksiidi (räbu) vägivaldne väljapuhumine lõikeõmblusest nagu „õhunuga“, et moodustada puhas ja suhteliselt sile lõikepind.

Pidev: laserkiir liigub ees, eelsoojendab pidevalt uut ala ja põlemisreaktsioon järgneb laserfookusele ette ja alla ning lõpuks tungib toorikusse ja moodustab lõike.

Kuidas on see „liit“lähenemine nii tõhus? (Eelis)

1. Tugev võime lõigata paksusid plaate:Süsinikterase (näiteks madala süsinikusisaldusega terase) puhul on laserhapniklõikus kõige kulutõhusam ja kiireim meetod keskmise ja paksu plaadi (tavaliselt üle 6 mm, kuni 30 mm või isegi paksemate) lõikamiseks. Puhas lasersulatuslõikus (näiteks lämmastikuga) peab metalli sulatamiseks täielikult tuginema laseri energiale, paksu plaadi pind tundub olevat ebapiisav.

2. Kiire lõikekiirus:Metalli põlemisreaktsiooni keemilise energia lisamise tõttu on koguenergia sisend palju suurem kui ühe laseri energial, seega on lõikekiirus oluliselt suurem kui sama võimsusega sulamislõikusel.

3Seadmete energiatarbed on suhteliselt madalad:Sama süsinikterase lõikamiseks võib laserhapniklõikuseks vajalik laservõimsus olla palju väiksem kui puhtal lasersulatuslõikusel, mis vähendab seadmete kulusid ja energiatarbimist.

4. Hea lõikekvaliteet:Süsinikterasest paksude plaatide puhul on võimalik saada hea vertikaalse lõikepinna ja väiksema räbu sisaldusega (ideaalne olek).

Protsessi omadused ja piirangud

1. Materjali selektiivsus:

• Peamiselt reaktiivsete metallide puhul: Kõige tüüpilisem ja ideaalsem rakendusmaterjal on süsinikteras.

• Ei sobi roostevaba terase, alumiiniumi, vase jne jaoks:
• Roostevaba teras: kroom (Cr) ja teised elemendid moodustavad kõrge sulamistemperatuuriga oksiide (näiteks Cr2O3), mis takistavad oksüdatsioonireaktsiooni jätkumist ja räbu ei ole kerge ära puhuda, mille tulemuseks on kare lõikepind ja tugev räbu kogunemine.
• Alumiinium ja vask: nende oksiidide (Al2O3, CuO) sulamistemperatuur on palju kõrgem kui aluspinnal endal, kattes pinna kõva kestana, takistades reaktsiooni jätkumist ja omades laserkiire suhtes suurt peegelduvust.

2. Lõikepinna omadused:

• Oksüdatsioonireaktsiooni tõttu on lõikepinnal oksiidikiht (sarnaselt siniseks muutmisega) ja see võib olla veidi kare (võrreldes lämmastiklõike heledama poolega).
• Põhjas võib rippuda kerge räbu, mida tuleb protsessi parameetreid optimeerides minimeerida.

3. Soojusmõjutsoon on suurem:Vägivaldne oksüdatsioonireaktsioon tekitab rohkem soojust, mille tulemusel on tooriku kuummõjutsoon laiem kui lasersulamisel ja -lõikamisel ning tooriku üldine termiline deformatsioon võib olla veidi suurem.

Võrdlus teiste lõikeprotsessidega

VS. Puhas laserlämmastiklõikus (sulalõikus):

• Lämmastiklõikus: metalli lasersulatamine ja sulatise eemaldamine kõrgsurve lämmastikuga. Oksüdatsioonireaktsiooni ei toimu, lõik on läikiv ja oksiidikiht puudub, kuid kiirus on aeglane, gaasikulu on suur ja hind kõrge. Sobib roostevaba terase, alumiiniumi jms lõikamiseks, kuid paksu süsinikterase lõikamiseks pole see ökonoomne.
• Hapnikulõikus: oksüdatsioonireaktsiooni lisamine, kiire kiirus, madal hind, sobib süsinikterasele, kuid sektsioonil on oksiidikiht.

VS. Traditsiooniline leegilõikus (oksüatsetüleenlõikus):

• Traditsiooniline leek: leegi eelsoojendamine, puhta hapniku põletamine lõikamiseks. Aeglane eelsoojendamine, lai pilu, madal täpsus ja suur termiline deformatsioon.
• Laser-hapniklõikus: suure energiaga laseriga täpsus, kiire eelsoojendus, lõikeõmblus on väga kitsas (ja lasertäpi läbimõõt), kõrge täpsus, väike
• ll kalle, väike termiline mõju, on traditsiooniline leegilõikuse moderniseerimine, suure täpsusega uuendusversioon.

Kokkuvõte

Laserleegiga komposiit- (laser-hapnik) lõikamismasina põhiprintsiip on kasutada suure energiaga laserkiirt, et täpselt süüdata ja säilitada metalli (raua) vägivaldne põlemisreaktsioon puhta hapniku keskkonnas ning ühendada laseri soojusenergia metalli oksüdeerimise keemilise energiaga, et saavutada „1 1>2“ lõikeefekt. See ühendab ideaalselt laseri suure täpsuse ja terava fookuse eelised hapniku põlemise kõrge efektiivsuse ja madalate kuludega, muutes selle asendamatuks peavooluprotsessiks keskmise ja paksu süsinikterase lehtmetalli lõikamise valdkonnas.