Лазерлік-оксиотельді гибридті кесу машинасының принципі

Лазерлік жалын композитті кесу әдетте «лазерлік оттегімен кесу«, бұл лазерлік кесудің негізгі процестерінің бірі (қалған екеуі лазерлік балқыту кесу және лазерлік булану кесу). Бұл «лазермен жасалған жалын» дегенді білдірмейді, керісінше кесу процесінде металдарда (негізінен болат материалдарында) күшті тотығу жану реакциясын (яғни «жалын») бастау үшін лазерді жылу көзі ретінде пайдаланатын, көмекші газ ретінде таза оттегімен толықтырылатын гибридті процесс. Бұл процесс кесу өнімділігін айтарлықтай жақсарту үшін химиялық реакциядан жылу энергиясын пайдаланады.

Әрі қарай, біз оның принципін бірнеше тұрғыдан егжей-тегжейлі түсіндіреміз:

Негізгі қағида: Лазермен басқарылатын металл жануы

1. Лазердің рөлі (тұтану және техникалық қызмет көрсету):

• Жоғары энергиялы тығыздықтағы лазер сәулесі дайындама бетіне бағытталады, бұл сәулелендірілген металдың температурасының тұтану температурасына дейін тез көтерілуіне әкеледі (темір үшін шамамен 1350°C).
• Лазер сәулесі үздіксіз, дәл, жоғары энергиялы жылу көзін қамтамасыз етеді, ол реакцияны тұтандырып қана қоймай, ең бастысы, реакция аймағын жоғары температурада ұстайды.

2. Оттегінің (жану агенті және қоқыс тастағыш) рөлі:

• Лазер сәулесімен бірге лазермен қыздырылған металл даққа жоғары қысымды, жоғары таза оттегінің 1 ағыны коаксиалды түрде енгізіледі.
• Тұтану температурасына жеткен темір (Fe) және оттегі (O₂) күшті тотығу-экзотермиялық реакцияға (жану) түседі: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, қыздыру
• Бұл реакция көп жылу бөледі (лазердің өзінің энергиясынан шамамен 3-5 есе көп!), бұл «қосылыс» энергиясының кілті. Бұл қосымша жылу жалпы балқу/газдану қабілетін айтарлықтай арттырады.

3. Композиттік бірлескен процесс:

• Алдын ала қыздыру және тұтану: Лазер алдымен жергілікті металды тұтану нүктесіне дейін қыздырады.
• Жану экзотермиялық: оттегінің инъекциясы, металл қатты күйіп, лазердің өзі бере алатыннан әлдеқайда жоғары жылу бөліп шығарады, металды тез ерітеді немесе тіпті тотықтырады және қож түзеді (негізінен Feo және Fe3o4).
• Үрлеу және қалыптау: Жоғары қысымды оттегі газы ағынының тағы бір маңызды рөлі - кесу тігісінен реакция нәтижесінде пайда болған балқытылған металл оксидін (шлак) таза, салыстырмалы түрде тегіс кесу бетін қалыптастыру үшін «ауа пышағы» сияқты қатты үрлеу.

Үздіксіз: Лазер сәулесі алға қарай жылжиды, жаңа аймақты үздіксіз қыздырады, ал жану реакциясы лазер фокусын алға және төмен қарай қадағалайды, соңында дайындамаға еніп, кесу пайда болады.

Бұл «күрделі» тәсіл қалайша соншалықты тиімді? (Артықшылығы)

1. Қалың пластиналарды кесудің күшті мүмкіндігі:Көміртекті болат үшін (мысалы, төмен көміртекті болат) лазерлік оттегімен кесу орташа және қалың пластиналарды (әдетте 6 мм-ден астам, 30 мм-ге дейін немесе одан да қалың) кесудің ең тиімді және жылдам әдісі болып табылады. Таза лазерлік балқытумен кесу (мысалы, азотпен) металды балқыту үшін толығымен лазер энергиясына сүйенуі керек, қалың пластинаның беті жеткіліксіз болып көрінеді.

2. Жылдам кесу жылдамдығы:Металл жану реакциясының химиялық энергиясын қосуға байланысты жалпы энергия кірісі бір лазерлік энергияға қарағанда әлдеқайда жоғары, сондықтан кесу жылдамдығы бірдей қуаттағы балқыту кесуіне қарағанда айтарлықтай жылдам.

3Жабдықтың қуат талаптары салыстырмалы түрде төмен:сол көміртекті болатты кесу үшін лазерлік оттегімен кесу үшін қажетті лазерлік қуат таза лазерлік балқыту кесуіне қарағанда әлдеқайда төмен болуы мүмкін, бұл жабдықтың құнын және энергия шығынын азайтады.

4. Жақсы кесу сапасы:Көміртекті болаттан жасалған қалың пластиналар үшін жақсы тіктігі және аз қожды (идеалды күйі) кесу беті алынуы мүмкін.

Процестің сипаттамалары мен шектеулері

1. Материалды таңдау:

• Негізінен реактивті металдар үшін: Ең типтік және ең қолайлы қолдану материалы - көміртекті болат.

• Тот баспайтын болат, алюминий, мыс және т.б. үшін жарамсыз:
• Тот баспайтын болат: хром (Cr) және басқа элементтер жоғары балқу температурасы бар оксидтерді (мысалы, Cr2O3) түзеді, бұл тотығу реакциясының жалғасуына кедергі келтіреді, ал қожды үрлеу оңай емес, бұл кесу бетінің кедір-бұдыр болуына және қождың қатты ілініп қалуына әкеледі.
• Алюминий және мыс: оның оксидтерінің (Al2O3,CuO) балқу температурасы негіздің өзіне қарағанда әлдеқайда жоғары, бетін қатты қабық сияқты жабады, реакцияның жалғасуына кедергі келтіреді және лазерге жоғары шағылыстырғыштыққа ие.

2. Кесу бетінің сипаттамалары:

• Тотығу реакциясына байланысты кесілген жердің бетінде оксид қабаты болады (көкшіл өңдеуге ұқсас) және аздап кедір-бұдыр болуы мүмкін (азот кесілген жердің ашық жағымен салыстырғанда).
• Төменгі жағында аздаған қож ілініп тұруы мүмкін, оны технологиялық параметрлерді оңтайландыру арқылы азайту қажет.

3. Жылу әсер ететін аймақ үлкенірек:күшті тотығу реакциясы көбірек жылу шығарады, нәтижесінде дайындаманың жылу әсер ететін аймағы лазерлік балқыту және кесу аймағына қарағанда кеңірек болады, ал дайындаманың жалпы жылулық деформациясы сәл үлкенірек болуы мүмкін.

Басқа кесу процестерімен салыстыру

VS. Таза лазерлік азот кесу (балқыту арқылы кесу):

• Азотты кесу: металды лазермен балқыту арқылы, балқыманы жоғары қысымды азотпен үрлеп кетіру. Тотығу реакциясы жоқ, қимасы жарқын және оксид қабаты жоқ, бірақ жылдамдығы баяу, газ шығыны көп және құны жоғары. Ол тот баспайтын болат, алюминий және т.б. үшін жарамды, ал қалың көміртекті болат үшін үнемді емес.
• Оттегімен кесу: тотығу реакциясын қосу, жылдам жылдамдық, арзан баға, көміртекті болатқа жарамды, бірақ қимада оксид қабаты бар.

Дәстүрлі жалынмен кесу (оксиацетиленмен кесу):

• Дәстүрлі жалын: жалынды алдын ала қыздыру, таза оттегі жану арқылы кесу. Баяу алдын ала қыздыру, кең саңылау, төмен дәлдік және үлкен термиялық деформация.
• Лазерлік оттегімен кесу: жоғары энергиялы лазерлік дәлдікпен, жылдам алдын ала қыздырумен, кесу тігісі өте тар (және лазерлік нүкте диаметрі), жоғары дәлдікпен, шағын
• ll көлбеуі, аз термиялық әсер, дәстүрлі жалын кесуді жаңғыртудың, жоғары дәлдікті жаңарту нұсқасы.

Қысқаша мазмұны

Лазерлік жалын композиттік (лазерлік оттегі) кесу машинасының негізгі қағидасы - таза оттегі ортасында металдың (темірдің) қарқынды жану реакциясын дәл тұтандыру және сақтау үшін жоғары энергиялы лазер сәулесін пайдалану және «1 1> 2» кесу әсеріне қол жеткізу үшін лазердің жылу энергиясын металл тотығуының химиялық энергиясымен біріктіру. Ол лазердің жоғары дәлдігі мен жоғары фокусының артықшылықтарын жоғары тиімділік пен оттегі жануының төмен құнының артықшылықтарымен тамаша үйлестіреді, бұл оны орташа және қалың көміртекті болат парақтарын кесу саласындағы алмастырылмайтын негізгі процесс етеді.