Principio da máquina de corte híbrida láser-oxicorte

O corte de materiais compostos con chama láser adoita referirse a "corte con láser de osíxeno", que é un dos principais procesos de corte por láser (os outros dous son o corte por fusión láser e o corte por vaporización láser). Non significa "chama xerada por láser", senón un proceso híbrido que usa un láser como fonte de calor, suplementado por osíxeno puro como gas auxiliar, para iniciar unha vigorosa reacción de combustión por oxidación (é dicir, "chama") en metais (principalmente materiais de aceiro) durante o proceso de corte. Este proceso aproveita a enerxía térmica da reacción química para mellorar significativamente o rendemento do corte.

A continuación, explicaremos o seu principio en detalle desde varias perspectivas:

Principio básico: combustión metálica controlada inducida por láser

1. A función do láser (ignición e mantemento):

• Un raio láser de alta densidade de enerxía céntrase na superficie da peza de traballo, o que fai que a temperatura do metal irradiado aumente rapidamente ata o seu punto de ignición (aproximadamente 1350 °C para o ferro).
• O raio láser proporciona unha fonte de calor continua, precisa e de alta enerxía que non só acende a reacción, senón que, o máis importante, mantén a área de reacción a unha temperatura alta.

2. Papel do osíxeno (axente de combustión e eliminador):

• Un chorro de osíxeno a alta presión e alta pureza inxéctase coaxialmente co feixe láser sobre o punto metálico quentado polo láser.
• O ferro (Fe) que chega ao punto de ignición e o osíxeno (O₂) sofren unha reacción exotérmica de oxidación violenta (combustión): 4Fe₃O₂ → 2Fe₂O, calor
• Esta reacción libera moita calor (aproximadamente de 3 a 5 veces a enerxía do propio láser!). Esta é a clave para obter enerxía "composta". Esta calor adicional mellora enormemente a capacidade global de fusión/gasificación.

3. Proceso colaborativo composto:

• Prequecemento e ignición: o láser quenta primeiro o metal local ata o punto de ignición.
• Combustión exotérmica: inxección de osíxeno, o metal arde violentamente, xerando unha calor moito maior que a que o propio láser pode proporcionar, fundindo ou incluso oxidando rapidamente o metal e formando escoria (principalmente FeO e Fe3O4).
• Soprado e conformado: outra función importante do fluxo de gas osíxeno a alta presión é soprar violentamente o óxido metálico fundido (escoria) xerado pola reacción da costura de corte como unha "coitela de aire" para formar unha superficie de corte limpa e relativamente lisa.

Continuo: o raio láser móvese diante, prequenta continuamente a nova área e a reacción de combustión segue o foco do láser cara adiante e cara abaixo, e finalmente penetra na peza e forma un corte.

Como é tan eficiente esta estratexia "composta"? (Vantaxe)

1. Gran capacidade para cortar placas grosas:Para o aceiro ao carbono (como o aceiro baixo en carbono), o corte por osíxeno láser é o método máis rendible e rápido para cortar placas medianas e grosas (xeralmente máis de 6 mm, ata 30 mm ou incluso máis grosas). O corte por fusión láser puro (como con nitróxeno) necesita depender completamente da enerxía láser para fundir o metal, a cara da placa grosa parece ser inadecuada.

2. Velocidade de corte rápida:Debido á adición de enerxía química da reacción de combustión do metal, a entrada total de enerxía é moito maior que a dunha soa enerxía láser, polo que a velocidade de corte é significativamente máis rápida que o corte por fusión coa mesma potencia.

3Os requisitos de enerxía do equipo son relativamente baixos:para cortar o mesmo aceiro ao carbono, a potencia do láser necesaria para o corte por osíxeno láser pode ser moito menor que a do corte por fusión láser puro, o que reduce os custos dos equipos e o consumo de enerxía.

4. Boa calidade de corte:Para chapas grosas de aceiro ao carbono, pódese obter unha superficie de corte con boa verticalidade e menos escoria (estado ideal).

Características e limitacións do proceso

1. Selectividade de materiais:

• Principalmente para metais reactivos: o material de aplicación máis típico e ideal é o aceiro ao carbono.

• Non apto para aceiro inoxidable, aluminio, cobre, etc.:
• Aceiro inoxidable: o cromo (Cr) e outros elementos forman óxidos de alto punto de fusión (como o Cr2O3), o que dificulta que a reacción de oxidación continúe, e a escoria non se elimina facilmente, o que resulta nunha superficie de corte rugosa e nunha importante acumulación de escoria.
• Aluminio e cobre: ​​o punto de fusión dos seus óxidos (Al2O3,CuO) é moito maior que o do propio substrato, cubrindo a superficie como unha cuncha dura, impedindo que a reacción continúe e tendo unha alta reflectividade ao láser.

2. Características da superficie de corte:

• Debido á reacción de oxidación, a superficie do corte terá unha capa de óxido (similar ao tratamento de azulado) e pode ser lixeiramente rugosa (en comparación co lado brillante do corte con nitróxeno).
• Pode haber unha lixeira escoria colgada na parte inferior, que cómpre minimizar optimizando os parámetros do proceso.

3. A zona afectada pola calor é maior:A reacción de oxidación violenta xerará máis calor, o que provocará que a zona afectada pola calor da peza sexa máis ancha que a da fusión e corte por láser, e a deformación térmica global da peza poida ser lixeiramente maior.

Comparación con outros procesos de corte

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

• Corte con nitróxeno: mediante fusión láser de metal, eliminando a masa fundida con nitróxeno a alta presión. Non hai reacción de oxidación, a sección é brillante e non hai capa de óxido, pero a velocidade é lenta, o consumo de gas é grande e o custo é elevado. É axeitado para aceiro inoxidable, aluminio, etc., e non é económico para aceiro carbono groso.
• Corte por osíxeno: adición de reacción de oxidación, velocidade rápida, baixo custo, axeitado para aceiro ao carbono, pero a sección ten unha capa de óxido.

VS. Corte por chama tradicional (corte oxiacetilénico):

• Chama tradicional: por prequecemento de chama, corte por combustión de osíxeno puro. Prequecemento lento, fenda ampla, baixa precisión e gran deformación térmica.
• Corte por osíxeno láser: con precisión láser de alta enerxía, prequecemento rápido, costura de corte moi estreita (e diámetro do punto láser), alta precisión, pequeno
• A pendente completa, o pequeno impacto térmico, é a modernización tradicional do corte por chama, a versión de actualización de alta precisión.

Resumo

O principio fundamental da máquina de corte composto por chama láser (láser de osíxeno) é usar un raio láser de alta enerxía para acender con precisión e manter a reacción de combustión violenta do metal (ferro) nun ambiente de osíxeno puro, e combinar a enerxía térmica do láser coa enerxía química da oxidación do metal para lograr o efecto de corte "1 1> 2". Combina perfectamente as vantaxes da alta precisión e o alto enfoque do láser coas vantaxes da alta eficiencia e o baixo custo da combustión de osíxeno, o que a converte nun proceso principal irremplazable no campo do corte de chapas de aceiro ao carbono de tamaño medio e groso.