લેસર-ઓક્સીફ્યુઅલ હાઇબ્રિડ કટીંગ મશીનનો સિદ્ધાંત

લેસર ફ્લેમ કમ્પોઝિટ કટીંગ સામાન્ય રીતે "લેસર ઓક્સિજન કટીંગ", જે મુખ્ય લેસર કટીંગ પ્રક્રિયાઓમાંની એક છે (અન્ય બે લેસર મેલ્ટિંગ કટીંગ અને લેસર વેપોરાઇઝેશન કટીંગ છે). તેનો અર્થ "લેસર-જનરેટેડ જ્યોત" નથી, પરંતુ એક હાઇબ્રિડ પ્રક્રિયા છે જે કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ધાતુઓ (મુખ્યત્વે સ્ટીલ સામગ્રી) માં જોરદાર ઓક્સિડેશન દહન પ્રતિક્રિયા (એટલે ​​કે, "જ્યોત") શરૂ કરવા માટે, સહાયક ગેસ તરીકે શુદ્ધ ઓક્સિજન દ્વારા પૂરક, ગરમીના સ્ત્રોત તરીકે લેસરનો ઉપયોગ કરે છે. આ પ્રક્રિયા કટીંગ કામગીરીને નોંધપાત્ર રીતે વધારવા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાંથી થર્મલ ઉર્જાનો ઉપયોગ કરે છે.

આગળ, આપણે તેના સિદ્ધાંતને અનેક દ્રષ્ટિકોણથી વિગતવાર સમજાવીશું:

મુખ્ય સિદ્ધાંત: લેસર-પ્રેરિત નિયંત્રિત ધાતુ દહન

૧. લેસરની ભૂમિકા (ઇગ્નીશન અને જાળવણી):

• એક ઉચ્ચ-ઊર્જા-ઘનતા લેસર બીમ વર્કપીસ સપાટી પર કેન્દ્રિત છે, જેના કારણે ઇરેડિયેટેડ ધાતુનું તાપમાન ઝડપથી તેના ઇગ્નીશન બિંદુ (લોખંડ માટે આશરે 1350°C) સુધી વધે છે.
• લેસર બીમ સતત, ચોક્કસ, ઉચ્ચ-ઊર્જા ગરમીનો સ્ત્રોત પૂરો પાડે છે જે માત્ર પ્રતિક્રિયાને પ્રજ્વલિત કરતું નથી, પરંતુ વધુ અગત્યનું, પ્રતિક્રિયા ક્ષેત્રને ઊંચા તાપમાને જાળવી રાખે છે.

2. ઓક્સિજનની ભૂમિકા (દહન એજન્ટ અને સફાઈ કામદાર):

• લેસર બીમ દ્વારા લેસર દ્વારા ગરમ કરાયેલ ધાતુના સ્થળ પર ઉચ્ચ-દબાણ, ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા ઓક્સિજનનો 1 પ્રવાહ સમઅક્ષીય રીતે ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે.
• ઇગ્નીશન બિંદુ સુધી પહોંચતું આયર્ન (Fe) અને ઓક્સિજન (O₂) હિંસક ઓક્સિડેશન એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા (દહન)માંથી પસાર થાય છે: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, ગરમી
• આ પ્રતિક્રિયા ઘણી બધી ગરમી છોડે છે (લેસરની ઉર્જા કરતાં લગભગ 3-5 ગણી!), આ "સંયોજન" ઉર્જાની ચાવી છે. આ વધારાની ગરમી એકંદર ગલન/ગેસિફિકેશન ક્ષમતામાં ઘણો વધારો કરે છે.

૩. સંયુક્ત સહયોગી પ્રક્રિયા:

• પ્રીહિટિંગ અને ઇગ્નીશન: લેસર પહેલા સ્થાનિક ધાતુને ઇગ્નીશન બિંદુ સુધી ગરમ કરે છે.
• દહન એક્ઝોથર્મિક: ઓક્સિજન ઇન્જેક્શન, ધાતુ હિંસક રીતે બળે છે, લેસર પોતે પૂરી પાડી શકે તેના કરતાં ઘણી વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, ધાતુને ઝડપથી પીગળે છે અથવા તો ઓક્સિડાઇઝ પણ કરે છે, અને સ્લેગ (મુખ્યત્વે Feo અને Fe3o4) બનાવે છે.
• ફૂંકવું અને બનાવવું: ઉચ્ચ-દબાણવાળા ઓક્સિજન ગેસ પ્રવાહની બીજી મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા એ છે કે કટીંગ સીમમાંથી પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થતા પીગળેલા ધાતુના ઓક્સાઇડ (સ્લેગ) ને "એર નાઇફ" ની જેમ જોરશોરથી ફૂંકીને સ્વચ્છ, પ્રમાણમાં સરળ કટીંગ સપાટી બનાવવામાં આવે છે.

સતત: લેસર બીમ આગળ ફરે છે, નવા વિસ્તારને સતત ગરમ કરે છે, અને દહન પ્રતિક્રિયા લેસર ફોકસને આગળ અને નીચે અનુસરે છે, અને અંતે વર્કપીસમાં પ્રવેશ કરે છે અને કટ બનાવે છે.

આ "સંયોજિત" અભિગમ આટલો કાર્યક્ષમ કેવી રીતે છે? (ફાયદો)

1. જાડી પ્લેટો કાપવાની મજબૂત ક્ષમતા:કાર્બન સ્ટીલ (જેમ કે લો કાર્બન સ્ટીલ) માટે, લેસર ઓક્સિજન કટીંગ એ મધ્યમ અને જાડા પ્લેટો (સામાન્ય રીતે 6 મીમીથી વધુ, 30 મીમી સુધી અથવા તેનાથી પણ જાડા) કાપવા માટે સૌથી ખર્ચ-અસરકારક અને ઝડપી પદ્ધતિ છે. શુદ્ધ લેસર મેલ્ટિંગ કટીંગ (જેમ કે નાઇટ્રોજન સાથે) ને ધાતુ ઓગળવા માટે સંપૂર્ણપણે લેસર ઊર્જા પર આધાર રાખવાની જરૂર છે, જાડા પ્લેટનો ચહેરો અપૂરતો દેખાય છે.

2. ઝડપી કટીંગ ઝડપ:ધાતુના દહન પ્રતિક્રિયામાં રાસાયણિક ઉર્જાના ઉમેરાને કારણે, કુલ ઉર્જા ઇનપુટ એક જ લેસર ઉર્જા કરતા ઘણી વધારે છે, તેથી કટીંગ ઝડપ સમાન શક્તિ હેઠળ ગલન કટીંગ કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઝડપી છે.

3. સાધનોની શક્તિની જરૂરિયાતો પ્રમાણમાં ઓછી છે:સમાન કાર્બન સ્ટીલ કાપવા માટે, લેસર ઓક્સિજન કટીંગ માટે જરૂરી લેસર પાવર શુદ્ધ લેસર મેલ્ટિંગ કટીંગ કરતા ઘણી ઓછી હોઈ શકે છે, જેનાથી સાધનોનો ખર્ચ અને ઉર્જા વપરાશ ઓછો થાય છે.

4. સારી કટીંગ ગુણવત્તા:કાર્બન સ્ટીલ જાડા પ્લેટો માટે, સારી ઊભીતા અને ઓછી સ્લેગ (આદર્શ સ્થિતિ) ધરાવતી કટીંગ સપાટી મેળવી શકાય છે.

પ્રક્રિયા લાક્ષણિકતાઓ અને મર્યાદાઓ

1. સામગ્રીની પસંદગી:

• મુખ્યત્વે પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુઓ માટે: સૌથી લાક્ષણિક અને આદર્શ એપ્લિકેશન સામગ્રી કાર્બન સ્ટીલ છે.

• સ્ટેનલેસ સ્ટીલ, એલ્યુમિનિયમ, કોપર, વગેરે માટે યોગ્ય નથી:
• સ્ટેનલેસ સ્ટીલ: ક્રોમિયમ (Cr) અને અન્ય તત્વો ઉચ્ચ ગલનબિંદુ ઓક્સાઇડ (જેમ કે Cr2O3) બનાવશે, જે ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાને ચાલુ રાખવામાં અવરોધે છે, અને સ્લેગને ઉડાડવું સરળ નથી, પરિણામે ખરબચડી કટીંગ સપાટી અને ગંભીર સ્લેગ લટકતી રહે છે.
• એલ્યુમિનિયમ અને તાંબુ: તેના ઓક્સાઇડ્સ (Al2O3,CuO) નું ગલનબિંદુ સબસ્ટ્રેટ કરતા ઘણું વધારે છે, જે સપાટીને સખત શેલની જેમ આવરી લે છે, પ્રતિક્રિયા ચાલુ રાખતા અટકાવે છે, અને લેસર પ્રત્યે ઉચ્ચ પરાવર્તકતા ધરાવે છે.

2. કટીંગ સપાટીની લાક્ષણિકતાઓ:

• ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાને કારણે, કટની સપાટી પર ઓક્સાઇડ સ્તર હશે (બ્લુઇંગ ટ્રીટમેન્ટ જેવું જ) અને તે થોડું ખરબચડું હોઈ શકે છે (નાઇટ્રોજન કટની તેજસ્વી બાજુની તુલનામાં).
• તળિયે થોડો સ્લેગ લટકતો હોઈ શકે છે, જેને પ્રક્રિયા પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને ઘટાડવાની જરૂર છે.

૩. ગરમીથી પ્રભાવિત ક્ષેત્ર મોટું છે:હિંસક ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરશે, જેના પરિણામે વર્કપીસનો ગરમીથી પ્રભાવિત ઝોન લેસર પીગળવા અને કાપવા કરતા પહોળો થશે, અને વર્કપીસનું એકંદર થર્મલ વિકૃતિ થોડું મોટું હોઈ શકે છે.

અન્ય કટીંગ પ્રક્રિયાઓ સાથે સરખામણી

વિ. શુદ્ધ લેસર નાઇટ્રોજન કટીંગ (ગલન કટીંગ):

• નાઇટ્રોજન કટીંગ: લેસર દ્વારા ધાતુ પીગળીને, ઉચ્ચ દબાણવાળા નાઇટ્રોજનથી પીગળેલા પદાર્થને ઉડાડીને. કોઈ ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા નથી, વિભાગ તેજસ્વી છે અને કોઈ ઓક્સાઇડ સ્તર નથી, પરંતુ ગતિ ધીમી છે, ગેસનો વપરાશ મોટો છે, અને કિંમત વધારે છે. તે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ, એલ્યુમિનિયમ, વગેરે માટે યોગ્ય છે, અને તે જાડા કાર્બન સ્ટીલ માટે આર્થિક નથી.
• ઓક્સિજન કટીંગ: ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા ઉમેરો, ઝડપી ગતિ, ઓછી કિંમત, કાર્બન સ્ટીલ માટે યોગ્ય, પરંતુ વિભાગમાં ઓક્સાઇડ સ્તર છે.

વિરુદ્ધ પરંપરાગત જ્યોત કટીંગ (ઓક્સીએસિટિલીન કટીંગ):

• પરંપરાગત જ્યોત: જ્યોત પ્રીહિટીંગ દ્વારા, શુદ્ધ ઓક્સિજન દહન કટીંગ. ધીમી પ્રીહિટીંગ, પહોળી ચીરો, ઓછી ચોકસાઇ અને મોટી થર્મલ વિકૃતિ.
• લેસર ઓક્સિજન કટીંગ: ઉચ્ચ-ઊર્જા લેસર ચોકસાઇ, ઝડપી પ્રીહિટીંગ સાથે, કટીંગ સીમ ખૂબ જ સાંકડી (અને લેસર સ્પોટ વ્યાસ), ઉચ્ચ ચોકસાઇ, sma
• ll ઢાળ, નાની થર્મલ અસર, પરંપરાગત ફ્લેમ કટીંગ આધુનિકીકરણ, ઉચ્ચ ચોકસાઇ અપગ્રેડ સંસ્કરણ છે.

સારાંશ

લેસર ફ્લેમ કમ્પોઝિટ (લેસર ઓક્સિજન) કટીંગ મશીનનો મુખ્ય સિદ્ધાંત એ છે કે શુદ્ધ ઓક્સિજન વાતાવરણમાં ધાતુ (લોખંડ) ની હિંસક દહન પ્રતિક્રિયાને સચોટ રીતે સળગાવવા અને જાળવવા માટે ઉચ્ચ-ઊર્જા લેસર બીમનો ઉપયોગ કરવો, અને "1 1>2″ કટીંગ અસર" પ્રાપ્ત કરવા માટે ધાતુના ઓક્સિડેશનની રાસાયણિક ઊર્જા સાથે લેસરની થર્મલ ઊર્જાને જોડવી. તે ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને લેસરના ઉચ્ચ ફોકસના ફાયદાઓને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને ઓક્સિજન દહનની ઓછી કિંમતના ફાયદાઓ સાથે સંપૂર્ણ રીતે જોડે છે, જે તેને મધ્યમ અને જાડા કાર્બન સ્ટીલ શીટ કટીંગના ક્ષેત્રમાં એક બદલી ન શકાય તેવી મુખ્ય પ્રવાહની પ્રક્રિયા બનાવે છે.