Prinsip Mesin Pemotong Hibrida Laser-Oxyfuel

Pemotongan komposit api laser biasanya mengacu pada “pemotongan oksigen laser“Pemotongan laser”, yang merupakan salah satu proses pemotongan laser utama (dua lainnya adalah pemotongan peleburan laser dan pemotongan penguapan laser). Ini bukan berarti “api yang dihasilkan laser,” melainkan proses hibrida yang menggunakan laser sebagai sumber panas, ditambah dengan oksigen murni sebagai gas bantu, untuk memulai reaksi pembakaran oksidasi yang kuat (yaitu, “api”) pada logam (terutama material baja) selama proses pemotongan. Proses ini memanfaatkan energi termal dari reaksi kimia untuk meningkatkan kinerja pemotongan secara signifikan.

Selanjutnya, kami akan menjelaskan prinsipnya secara detail dari beberapa perspektif:

Prinsip Inti: Pembakaran Logam Terkendali yang Diinduksi Laser

1. Peran laser (penyalaan dan pemeliharaan):

• Sinar laser dengan kepadatan energi tinggi difokuskan ke permukaan benda kerja, menyebabkan suhu logam yang disinari naik dengan cepat hingga mencapai titik nyala (sekitar 1350°C untuk besi).
• Sinar laser menyediakan sumber panas berenergi tinggi yang kontinu dan presisi yang tidak hanya memicu reaksi, tetapi yang lebih penting lagi, menjaga area reaksi pada suhu tinggi.

2. Peran oksigen (agen pembakaran dan penangkap radikal bebas):

• Aliran oksigen bertekanan tinggi dan berkemurnian tinggi disuntikkan secara koaksial dengan sinar laser ke titik logam yang dipanaskan oleh laser.
• Besi (Fe) yang mencapai titik nyala dan oksigen (O₂) mengalami reaksi oksidasi eksotermik (pembakaran) yang hebat: 4Fe + 3O₂ → 2Fe2O, panas
• Reaksi ini melepaskan banyak panas (sekitar 3-5 kali energi laser itu sendiri!), Inilah kunci energi "senyawa". Panas tambahan ini sangat meningkatkan kapasitas peleburan/gasifikasi secara keseluruhan.

3. Proses kolaborasi komposit:

• Pemanasan awal dan penyalaan: Laser pertama-tama memanaskan logam di sekitarnya hingga mencapai titik penyalaan.
• Pembakaran eksotermik: injeksi oksigen, logam terbakar hebat, menghasilkan panas yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat diberikan oleh laser itu sendiri, dengan cepat melelehkan atau bahkan mengoksidasi logam, dan membentuk terak (terutama FeO dan Fe3O4).
• Meniup dan membentuk: Peran penting lain dari aliran gas oksigen bertekanan tinggi adalah untuk meniup oksida logam cair (terak) yang dihasilkan oleh reaksi dari sambungan pemotongan dengan keras seperti "pisau udara" untuk membentuk permukaan pemotongan yang bersih dan relatif halus.

Kontinu: Sinar laser bergerak di depan, terus menerus memanaskan area baru, dan reaksi pembakaran mengikuti fokus laser ke depan dan ke bawah, dan akhirnya menembus benda kerja dan membentuk potongan.

Bagaimana pendekatan "gabungan" ini begitu efisien? (Keuntungan)

1. Kemampuan yang kuat untuk memotong piring tebal:Untuk baja karbon (seperti baja karbon rendah), pemotongan oksigen laser adalah metode yang paling hemat biaya dan tercepat untuk memotong pelat sedang dan tebal (biasanya lebih dari 6mm, hingga 30mm atau bahkan lebih tebal). Pemotongan peleburan laser murni (seperti dengan nitrogen) harus sepenuhnya bergantung pada energi laser untuk melelehkan logam, sehingga permukaan pelat tebal tampak kurang memadai.

2. Kecepatan pemotongan yang cepat:Karena adanya penambahan energi kimia dari reaksi pembakaran logam, total energi yang dimasukkan jauh lebih tinggi daripada energi laser tunggal, sehingga kecepatan pemotongan jauh lebih cepat daripada pemotongan leleh pada daya yang sama.

3Kebutuhan daya peralatan relatif rendah:Untuk memotong baja karbon yang sama, daya laser yang dibutuhkan untuk pemotongan oksigen laser dapat jauh lebih rendah daripada pemotongan peleburan laser murni, sehingga mengurangi biaya peralatan dan konsumsi energi.

4. Kualitas pemotongan yang baik:Untuk pelat baja karbon tebal, permukaan pemotongan dengan vertikalitas yang baik dan sedikit terak (kondisi ideal) dapat diperoleh.

Karakteristik dan keterbatasan proses

1. Selektivitas material:

• Terutama untuk logam reaktif: Bahan aplikasi yang paling umum dan ideal adalah baja karbon.

• Tidak cocok untuk baja tahan karat, aluminium, tembaga, dll.
• Baja tahan karat: kromium (Cr) dan unsur-unsur lainnya akan membentuk oksida dengan titik leleh tinggi (seperti Cr2O3), yang menghambat kelanjutan reaksi oksidasi, dan terak sulit tertiup angin, sehingga menghasilkan permukaan pemotongan yang kasar dan penumpukan terak yang serius.
• Aluminium dan tembaga: titik leleh oksida (Al2O3, CuO) jauh lebih tinggi daripada substrat itu sendiri, melapisi permukaan seperti cangkang keras, mencegah reaksi berlanjut, dan memiliki reflektivitas tinggi terhadap laser.

2. Karakteristik permukaan pemotongan:

• Akibat reaksi oksidasi, permukaan hasil pemotongan akan memiliki lapisan oksida (mirip dengan perlakuan pewarnaan biru) dan mungkin sedikit kasar (dibandingkan dengan sisi mengkilap dari pemotongan nitrogen).
• Mungkin ada sedikit kerak yang menggantung di bagian bawah, yang perlu diminimalkan dengan mengoptimalkan parameter proses.

3. Zona yang terkena panas lebih besar:Reaksi oksidasi yang hebat akan menghasilkan lebih banyak panas, sehingga zona yang terpengaruh panas pada benda kerja menjadi lebih luas daripada pada peleburan dan pemotongan laser, dan deformasi termal keseluruhan pada benda kerja mungkin sedikit lebih besar.

Perbandingan dengan proses pemotongan lainnya

VS. Pemotongan laser nitrogen murni (pemotongan leleh):

• Pemotongan nitrogen: dengan melelehkan logam menggunakan laser, kemudian lelehan tersebut ditiup dengan nitrogen bertekanan tinggi. Tidak terjadi reaksi oksidasi, hasil pemotongan cerah dan tanpa lapisan oksida, tetapi kecepatannya lambat, konsumsi gasnya besar, dan biayanya tinggi. Metode ini cocok untuk baja tahan karat, aluminium, dll., dan tidak ekonomis untuk baja karbon tebal.
• Pemotongan oksigen: penambahan reaksi oksidasi, kecepatan tinggi, biaya rendah, cocok untuk baja karbon, tetapi penampang yang dihasilkan memiliki lapisan oksida.

VS. Pemotongan api tradisional (pemotongan oksiasetilen):

• Metode pemotongan api tradisional: dengan pemanasan awal menggunakan api dan pemotongan pembakaran oksigen murni. Pemanasan awal lambat, celah lebar, presisi rendah, dan deformasi termal besar.
• Pemotongan oksigen laser: dengan presisi laser berenergi tinggi, pemanasan awal cepat, sambungan pemotongan sangat sempit (dan diameter titik laser), presisi tinggi, kecil
• Kemiringan yang rendah, dampak termal yang kecil, merupakan modernisasi pemotongan api tradisional, versi peningkatan presisi tinggi.

Ringkasan

Prinsip inti dari mesin pemotong komposit api laser (oksigen laser) adalah menggunakan sinar laser berenergi tinggi untuk secara akurat menyalakan dan mempertahankan reaksi pembakaran hebat logam (besi) dalam lingkungan oksigen murni, dan menggabungkan energi termal laser dengan energi kimia oksidasi logam untuk mencapai efek pemotongan “1 1>2”. Mesin ini secara sempurna menggabungkan keunggulan presisi tinggi dan fokus tinggi laser dengan keunggulan efisiensi tinggi dan biaya rendah pembakaran oksigen, menjadikannya proses utama yang tak tergantikan di bidang pemotongan lembaran baja karbon sedang dan tebal.