ლაზერული-ჟანგბადის საწვავით ჰიბრიდული საჭრელი მანქანის პრინციპი

ლაზერული ალის კომპოზიტური ჭრა ჩვეულებრივ ეხება „ლაზერული ჟანგბადის ჭრა„“, რომელიც ლაზერული ჭრის ერთ-ერთი მთავარი პროცესია (დანარჩენი ორია ლაზერული დნობის ჭრა და ლაზერული აორთქლების ჭრა). ეს არ ნიშნავს „ლაზერით გენერირებულ ცეცხლს“, არამედ ჰიბრიდულ პროცესს, რომელიც იყენებს ლაზერს, როგორც სითბოს წყაროს, დამატებული სუფთა ჟანგბადით, როგორც დამხმარე აირით, ლითონებში (ძირითადად ფოლადის მასალებში) ჭრის პროცესის დროს ენერგიული ჟანგვის წვის რეაქციის (ანუ „ალი“) დასაწყებად. ეს პროცესი იყენებს ქიმიური რეაქციიდან მიღებულ თერმულ ენერგიას ჭრის მუშაობის მნიშვნელოვნად გასაუმჯობესებლად.

შემდეგ, მის პრინციპს დეტალურად განვიხილავთ რამდენიმე პერსპექტივიდან:

ძირითადი პრინციპი: ლაზერით ინდუცირებული კონტროლირებადი ლითონის წვა

1. ლაზერის როლი (აალება და მოვლა):

• მაღალი ენერგიის სიმკვრივის ლაზერული სხივი ფოკუსირდება სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე, რაც იწვევს დასხივებული ლითონის ტემპერატურის სწრაფ მატებას აალების წერტილამდე (რკინისთვის დაახლოებით 1350°C).
• ლაზერული სხივი უზრუნველყოფს უწყვეტ, ზუსტ, მაღალი ენერგიის სითბოს წყაროს, რომელიც არა მხოლოდ ანთებს რეაქციას, არამედ, რაც მთავარია, ინარჩუნებს რეაქციის არეალს მაღალ ტემპერატურაზე.

2. ჟანგბადის როლი (წის აგენტი და შემავსებელი):

• ლაზერის სხივთან ერთად კოაქსიალურად შეჰყავთ მაღალი წნევის, მაღალი სისუფთავის ჟანგბადის 1 ნაკადი ლაზერის მიერ გაცხელებულ ლითონის ლაქაზე.
• აალების წერტილამდე მიმავალი რკინა (Fe) და ჟანგბადი (O₂) განიცდიან ძლიერ დაჟანგვის ეგზოთერმულ რეაქციას (წვას): 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, სითბო
• ეს რეაქცია დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფს (დაახლოებით 3-5-ჯერ მეტი ენერგია, ვიდრე თავად ლაზერი!). ეს „ნაერთის“ ენერგიის გასაღებია. ეს დამატებითი სითბო მნიშვნელოვნად ზრდის დნობის/გაზიფიკაციის საერთო უნარს.

3. კომპლექსური თანამშრომლობითი პროცესი:

• წინასწარი გაცხელება და აალება: ლაზერი თავდაპირველად ათბობს ადგილობრივ ლითონს აალების წერტილამდე.
• წვა ეგზოთერმულია: ჟანგბადის ინექციით, ლითონი ძლიერად იწვის, გამოყოფს გაცილებით მეტ სითბოს, ვიდრე თავად ლაზერს შეუძლია, სწრაფად დნება ან თუნდაც ჟანგავს ლითონს და წარმოქმნის წიდას (ძირითადად Feo და Fe3o4).
• აფეთქება და ფორმირება: მაღალი წნევის ჟანგბადის აირის ნაკადის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი როლია საჭრელი ნაკერიდან რეაქციით წარმოქმნილი გამდნარი ლითონის ოქსიდის (წიდის) ძლიერი დარტყმა „ჰაერის დანის“ მსგავსად, სუფთა, შედარებით გლუვი საჭრელი ზედაპირის შესაქმნელად.

უწყვეტი: ლაზერის სხივი წინ მოძრაობს, განუწყვეტლივ აცხელებს ახალ არეს, წვის რეაქცია კი ლაზერის ფოკუსს წინ და ქვემოთ მიჰყვება და საბოლოოდ აღწევს სამუშაო ნაწილში და ქმნის ჭრილს.

როგორ არის ეს „რთული“ მიდგომა ასეთი ეფექტური? (უპირატესობა)

1. სქელი ფირფიტების მოჭრის ძლიერი უნარი:ნახშირბადოვანი ფოლადისთვის (მაგალითად, დაბალნახშირბადოვანი ფოლადისთვის), ლაზერული ჟანგბადით ჭრა საშუალო და სქელი ფილების (როგორც წესი, 6 მმ-ზე მეტი, 30 მმ-მდე ან უფრო სქელი) ჭრის ყველაზე ეკონომიური და სწრაფი მეთოდია. სუფთა ლაზერული დნობის ჭრა (მაგალითად, აზოტით) ლითონის დნობისთვის მთლიანად ლაზერის ენერგიაზეა დამოკიდებული, სქელი ფილის ზედაპირი არასაკმარისი ჩანს.

2. სწრაფი ჭრის სიჩქარე:ლითონის წვის რეაქციის ქიმიური ენერგიის დამატების გამო, მთლიანი ენერგიის შეყვანა გაცილებით მაღალია, ვიდრე ერთი ლაზერული ენერგიის, ამიტომ ჭრის სიჩქარე მნიშვნელოვნად სწრაფია, ვიდრე დნობის ჭრა იმავე სიმძლავრის ქვეშ.

3აღჭურვილობის სიმძლავრის მოთხოვნები შედარებით დაბალია:იგივე ნახშირბადოვანი ფოლადის დასაჭრელად, ლაზერული ჟანგბადის ჭრისთვის საჭირო ლაზერული სიმძლავრე შეიძლება გაცილებით დაბალი იყოს, ვიდრე სუფთა ლაზერული დნობის ჭრა, რაც ამცირებს აღჭურვილობის ხარჯებს და ენერგიის მოხმარებას.

4. კარგი ჭრის ხარისხი:ნახშირბადოვანი ფოლადის სქელი ფირფიტებისთვის შესაძლებელია კარგი ვერტიკალურობითა და ნაკლები წიდით (იდეალური მდგომარეობა) ჭრის ზედაპირის მიღება.

პროცესის მახასიათებლები და შეზღუდვები

1. მასალის შერჩევითობა:

• ძირითადად რეაქტიული ლითონებისთვის: ყველაზე ტიპიური და იდეალური გამოყენების მასალაა ნახშირბადოვანი ფოლადი.

• არ არის შესაფერისი უჟანგავი ფოლადის, ალუმინის, სპილენძის და ა.შ.
• უჟანგავი ფოლადი: ქრომი (Cr) და სხვა ელემენტები წარმოქმნიან მაღალი დნობის წერტილის მქონე ოქსიდებს (მაგალითად, Cr2O3), რომლებიც ხელს უშლიან დაჟანგვის რეაქციის გაგრძელებას და წიდის მოცილება ადვილი არ არის, რაც იწვევს უხეში ჭრის ზედაპირს და წიდის სერიოზულ ჩამოკიდებას.
• ალუმინი და სპილენძი: მისი ოქსიდების (Al2O3,CuO) დნობის ტემპერატურა გაცილებით მაღალია, ვიდრე თავად სუბსტრატის, ფარავს ზედაპირს მყარი გარსივით, ხელს უშლის რეაქციის გაგრძელებას და აქვს მაღალი არეკვლის უნარი ლაზერის მიმართ.

2. ჭრის ზედაპირის მახასიათებლები:

• დაჟანგვის რეაქციის გამო, ჭრილის ზედაპირს ექნება ოქსიდის ფენა (ლურჯი დამუშავების მსგავსი) და შეიძლება ოდნავ უხეში იყოს (აზოტის ჭრილის ნათელ მხარესთან შედარებით).
• შესაძლოა, ძირში მცირე წიდა იყოს ჩამოკიდებული, რომლის მინიმუმამდე დაყვანა პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაციის გზით არის საჭირო.

3. სიცხით დაზარალებული ზონა უფრო დიდია:ძალადობრივი დაჟანგვის რეაქცია გამოიწვევს მეტი სითბოს წარმოქმნას, რის შედეგადაც სამუშაო ნაწილის თერმული ზემოქმედების ზონა უფრო ფართო იქნება, ვიდრე ლაზერული დნობისა და ჭრის ზონა, ხოლო სამუშაო ნაწილის საერთო თერმული დეფორმაცია შეიძლება ოდნავ უფრო დიდი იყოს.

შედარება სხვა ჭრის პროცესებთან

სუფთა ლაზერული აზოტით ჭრასთან შედარებით (დნობის ჭრა):

• აზოტით ჭრა: ლითონის ლაზერული დნობით, დნობის მაღალი წნევის აზოტით მოცილება. არ ხდება დაჟანგვის რეაქცია, მონაკვეთი არის კაშკაშა და არ აქვს ოქსიდის ფენა, მაგრამ სიჩქარე დაბალია, გაზის მოხმარება დიდია და ღირებულება მაღალია. ის შესაფერისია უჟანგავი ფოლადის, ალუმინის და ა.შ. დასამუშავებლად და არ არის ეკონომიური სქელი ნახშირბადოვანი ფოლადისთვის.
• ჟანგბადის ჭრა: ჟანგვის რეაქციის დამატება, სწრაფი სიჩქარე, დაბალი ღირებულება, შესაფერისია ნახშირბადოვანი ფოლადისთვის, მაგრამ მონაკვეთს აქვს ოქსიდის ფენა.

ტრადიციული ცეცხლოვანი ჭრის (ოქსიაცეტილენის ჭრა) წინააღმდეგ:

• ტრადიციული ალი: ალის წინასწარი გაცხელებით, სუფთა ჟანგბადის წვის ჭრით. ნელი წინასწარი გაცხელება, ფართო ჭრილი, დაბალი სიზუსტე და დიდი თერმული დეფორმაცია.
• ლაზერული ჟანგბადის ჭრა: მაღალი ენერგიის ლაზერული სიზუსტით, სწრაფი წინასწარი გაცხელებით, ჭრის ნაკერი ძალიან ვიწროა (და ლაზერული წერტილის დიამეტრი), მაღალი სიზუსტით, პატარა
• ll დახრილობა, მცირე თერმული ზემოქმედება, არის ტრადიციული ცეცხლოვანი ჭრის მოდერნიზაცია, მაღალი სიზუსტის განახლების ვერსია.

რეზიუმე

ლაზერული ალის კომპოზიტის (ლაზერული ჟანგბადის) ჭრის მანქანის ძირითადი პრინციპია მაღალი ენერგიის ლაზერული სხივის გამოყენება ლითონის (რკინის) ძალადობრივი წვის რეაქციის ზუსტად აალების და შესანარჩუნებლად სუფთა ჟანგბადის გარემოში, და ლაზერის თერმული ენერგიისა და ლითონის დაჟანგვის ქიმიური ენერგიის შერწყმა „1 1>2″ ჭრის ეფექტის მისაღწევად. ის იდეალურად აერთიანებს ლაზერის მაღალი სიზუსტისა და მაღალი ფოკუსირების უპირატესობებს ჟანგბადის წვის მაღალი ეფექტურობისა და დაბალი ღირებულების უპირატესობებთან, რაც მას საშუალო და სისქის ნახშირბადოვანი ფოლადის ფურცლების ჭრის სფეროში შეუცვლელ მეინსტრიმ პროცესად აქცევს.