A lézer-oxigén hibrid vágógép alapelve

A lézeres lángvágás általában a következőre utal:lézeres oxigénvágás”, ami az egyik fő lézervágási eljárás (a másik kettő a lézeres olvasztásos vágás és a lézeres párologtatásos vágás). Nem „lézerrel generált lángot” jelent, hanem egy hibrid eljárást, amely lézert használ hőforrásként, amelyet tiszta oxigén egészít ki segédgázként, hogy erőteljes oxidációs égési reakciót (azaz „lángot”) indítson el a fémekben (főleg acélanyagokban) a vágási folyamat során. Ez az eljárás a kémiai reakcióból származó hőenergiát hasznosítja a vágási teljesítmény jelentős javítása érdekében.

Ezután részletesen ismertetjük az elvét több szempontból:

Alapelv: Lézerrel indukált, szabályozott fémégetés

1. A lézer szerepe (gyújtás és fenntartás):

• Egy nagy energiasűrűségű lézernyalábot fókuszálnak a munkadarab felületére, aminek következtében a besugárzott fém hőmérséklete gyorsan eléri a gyulladási pontját (vas esetében körülbelül 1350 °C).
• A lézersugár folyamatos, precíz, nagy energiájú hőforrást biztosít, amely nemcsak beindítja a reakciót, hanem ami még fontosabb, magas hőmérsékleten tartja a reakcióterületet.

2. Az oxigén szerepe (égésközeg és megkötő):

• A lézersugárral koaxiálisan 1 nagynyomású, nagy tisztaságú oxigénáramot fecskendeznek a lézer által melegített fémfelületre.
• A gyulladási pontot elérő vas (Fe) és az oxigén (O₂) heves oxidációs exoterm reakción (égésen) megy keresztül: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, hő
• Ez a reakció sok hőt szabadít fel (körülbelül 3-5-szörösét a lézer energiájának!), Ez a kulcsa az „összetett” energiának. Ez a többlethő nagymértékben növeli az olvasztási/elgázosítási kapacitást.

3. Összetett együttműködési folyamat:

• Előmelegítés és gyújtás: A lézer először a helyi fémet hevíti a gyújtási pontig.
• Exoterm égés: oxigénbefecskendezés, a fém hevesen ég, sokkal nagyobb hőt termel, mint amit maga a lézer képes biztosítani, gyorsan megolvasztja vagy akár oxidálja a fémet, és salakot (főleg FeO és Fe3O4) képez.
• Fúvás és formázás: A nagynyomású oxigéngáz áramlásának egy másik fontos szerepe, hogy a vágási varratból a reakció során keletkező olvadt fémoxidot (salak) erőteljesen kifújja, mint egy „légkés”, így tiszta, viszonylag sima vágási felületet hozva létre.

Folyamatos: A lézersugár elöl mozog, folyamatosan előmelegíti az új területet, az égési reakció pedig a lézer fókuszát követi előre és lefelé, végül behatol a munkadarabba és vágást hoz létre.

Hogyan lehet ez az „összetett” megközelítés ilyen hatékony? (Előny)

1. Erős vastag lemezvágási képesség:Szénacél (például alacsony széntartalmú acél) esetében a lézeres oxigénvágás a legköltséghatékonyabb és leggyorsabb módszer közepes és vastag lemezek (általában 6 mm-nél vastagabb, akár 30 mm-ig vagy akár vastagabb) vágására. A tiszta lézeres olvasztási vágásnak (például nitrogénnel) teljes mértékben a lézerenergiára kell támaszkodnia a fém megolvasztásához, a vastag lemez felülete erre nem tűnik megfelelőnek.

2. Gyors vágási sebesség:A fém égési reakciójának kémiai energiájának hozzáadása miatt a teljes energiabevitel sokkal magasabb, mint egyetlen lézerenergiáé, így a vágási sebesség lényegesen gyorsabb, mint az azonos teljesítmény melletti olvasztási vágás.

3A berendezések energiaigénye viszonylag alacsony:Ugyanazon szénacél vágásához a lézeres oxigénvágáshoz szükséges lézerteljesítmény sokkal alacsonyabb lehet, mint a tiszta lézeres olvasztásos vágásnál, ami csökkenti a berendezések költségeit és az energiafogyasztást.

4. Jó vágási minőség:Vastag szénacél lemezek esetén jó függőlegességű és kevesebb salakkal rendelkező (ideális állapotú) vágási felület érhető el.

Folyamatjellemzők és korlátok

1. Anyagszelektivitás:

• Elsősorban reaktív fémekhez: A legjellemzőbb és legideálisabb alkalmazási anyag a szénacél.

• Nem alkalmas rozsdamentes acélhoz, alumíniumhoz, rézhez stb.:
• Rozsdamentes acél: a króm (Cr) és más elemek magas olvadáspontú oxidokat (például Cr2O3) képeznek, amelyek megakadályozzák az oxidációs reakció folytatódását, és a salak nehezen távolítható el, ami durva vágási felületet és súlyos salaklerakódást eredményez.
• Alumínium és réz: oxidjainak (Al2O3, CuO) olvadáspontja jóval magasabb, mint maga az aljzaté, így kemény héjként borítják a felületet, megakadályozva a reakció folytatódását, és nagy fényvisszaverő képességgel rendelkeznek a lézerrel szemben.

2. A vágási felület jellemzői:

• Az oxidációs reakció miatt a vágás felületén oxidréteg alakul ki (hasonlóan a kékítéshez), és kissé érdes lehet (a nitrogénes vágás fényes oldalához képest).
• Előfordulhat, hogy egy kis salak lóg az alján, amit a folyamatparaméterek optimalizálásával minimalizálni kell.

3. A hőhatásövezet nagyobb:Az erőszakos oxidációs reakció több hőt termel, aminek következtében a munkadarab hőhatásövezete szélesebb lesz, mint a lézeres olvasztás és vágás övezete, és a munkadarab teljes hődeformációja valamivel nagyobb lehet.

Összehasonlítás más forgácsolási eljárásokkal

VS. Tiszta lézeres nitrogénvágás (olvasztásos vágás):

• Nitrogénes vágás: lézeres fémolvasztás, majd az olvadék nagynyomású nitrogénnel történő elfúvatása. Nincs oxidációs reakció, a szelvény fényes és nincs oxidréteg, de a sebesség lassú, a gázfogyasztás nagy és a költségek magasak. Alkalmas rozsdamentes acél, alumínium stb. megmunkálására, vastag szénacél esetén nem gazdaságos.
• Oxigénes vágás: oxidációs reakció addíció, gyors, alacsony költség, szénacélhoz alkalmas, de a szakasz oxidréteggel rendelkezik.

VS. Hagyományos lángvágás (oxiacetilén vágás):

• Hagyományos láng: láng előmelegítéssel, tiszta oxigén égetéssel történő vágás. Lassú előmelegítés, széles rés, alacsony pontosság és nagy hődeformáció.
• Lézeres oxigénvágás: nagy energiájú lézerpontossággal, gyors előmelegítéssel, a vágási varrat nagyon keskeny (és lézerfolt átmérőjű), nagy pontosságú, kicsi
• Az ll lejtő, a kis hőhatás, a hagyományos lángvágás modernizációja, nagy pontosságú frissítési változat.

Összefoglalás

A lézeres lángvágó kompozit (lézeres oxigén) gép alapelve, hogy nagy energiájú lézersugarat használ a fém (vas) heves égési reakciójának pontos meggyújtására és fenntartására tiszta oxigénes környezetben, és a lézer hőenergiáját a fém oxidációjának kémiai energiájával kombinálva éri el az „1 1>2” vágási hatást. Tökéletesen ötvözi a lézer nagy pontosságának és fókuszának előnyeit az oxigénégetés nagy hatékonyságával és alacsony költségével, így a közepes és vastag szénacél lemezek vágásának területén nélkülözhetetlen mainstream eljárássá válik.