Lāzera-oksidegvielas hibrīdgriešanas mašīnas princips

Lāzera liesmas kompozītmateriālu griešana parasti attiecas uz “lāzera skābekļa griešana”, kas ir viens no galvenajiem lāzergriešanas procesiem (pārējie divi ir lāzera kausēšanas griešana un lāzera iztvaikošanas griešana). Tas nenozīmē “lāzera ģenerētu liesmu”, bet gan hibrīda procesu, kurā lāzers tiek izmantots kā siltuma avots, ko papildina tīrs skābeklis kā palīggāze, lai griešanas procesa laikā metālos (galvenokārt tērauda materiālos) ierosinātu spēcīgu oksidēšanās degšanas reakciju (t. i., “liesmu”). Šis process izmanto ķīmiskās reakcijas siltumenerģiju, lai ievērojami uzlabotu griešanas veiktspēju.

Tālāk mēs detalizēti izskaidrosim tā principu no vairākiem skatupunktiem:

Pamatprincips: Lāzera izraisīta kontrolēta metāla sadegšana

1. Lāzera loma (aizdedzināšana un uzturēšana):

• Augstas enerģijas blīvuma lāzera stars tiek fokusēts uz sagataves virsmu, izraisot apstarotā metāla temperatūras strauju paaugstināšanos līdz tā aizdegšanās punktam (aptuveni 1350 °C dzelzs gadījumā).
• Lāzera stars nodrošina nepārtrauktu, precīzu, augstas enerģijas siltuma avotu, kas ne tikai aizdedzina reakciju, bet, vēl svarīgāk, uztur reakcijas zonu augstā temperatūrā.

2. Skābekļa loma (degšanas līdzeklis un absorbētājs):

• Ar lāzera staru koaksiāli uz lāzera uzkarsētā metāla punkta tiek iesmidzināta 1 augstspiediena, augstas tīrības pakāpes skābekļa plūsma.
• Dzelzs (Fe), kas sasniedz aizdegšanās punktu, un skābeklis (O₂) pakļaujas spēcīgai oksidēšanās eksotermiskai reakcijai (degšanai): 4Fe3O₂ → 2Fe2O, siltums
• Šī reakcija atbrīvo daudz siltuma (apmēram 3–5 reizes lielāku enerģiju nekā paša lāzera enerģija!). Tā ir “saliktās” enerģijas atslēga. Šis papildu siltums ievērojami palielina kopējo kušanas/gazifikācijas jaudu.

3. Salikts sadarbības process:

• Uzkarsēšana un aizdegšana: lāzers vispirms uzkarsē lokālo metālu līdz aizdegšanās punktam.
• Degšana eksotermiska: skābekļa iesmidzināšanas rezultātā metāls deg spēcīgi, radot daudz lielāku siltumu nekā pats lāzers spēj nodrošināt, ātri izkausējot vai pat oksidējot metālu un veidojot izdedžus (galvenokārt Feo un Fe3o4).
• Pūšana un formēšana: Vēl viena svarīga augstspiediena skābekļa gāzes plūsmas loma ir reakcijas rezultātā radušos izkausētā metāla oksīda (izdedžu) spēcīga izpūšana no griešanas šuves kā "gaisa nazis", lai izveidotu tīru, relatīvi gludu griešanas virsmu.

Nepārtraukts: lāzera stars pārvietojas uz priekšu, nepārtraukti uzsilda jauno laukumu, un degšanas reakcija seko lāzera fokusam uz priekšu un uz leju, un visbeidzot iekļūst sagatavē un veido griezumu.

Kāpēc šī "saliktā" pieeja ir tik efektīva? (Priekšrocība)

1. Spēcīga spēja griezt biezas plāksnes:Oglekļa tēraudam (piemēram, zema oglekļa satura tēraudam) lāzergriešana ar skābekli ir visrentablākā un ātrākā metode vidēja un bieza plātņu (parasti vairāk nekā 6 mm, līdz 30 mm vai pat biezāku) griešanai. Tīrai lāzergriešanai ar kausēšanu (piemēram, ar slāpekli) metāla kausēšanai pilnībā jāpaļaujas uz lāzera enerģiju, tāpēc biezas plāksnes virsma šķiet nepietiekama.

2. Ātrs griešanas ātrums:Pateicoties metāla sadegšanas reakcijas ķīmiskās enerģijas pievienošanai, kopējā enerģijas padeve ir daudz lielāka nekā viena lāzera enerģija, tāpēc griešanas ātrums ir ievērojami lielāks nekā kausēšanas griešana ar tādu pašu jaudu.

3Iekārtu jaudas prasības ir relatīvi zemas:Lai grieztu to pašu oglekļa tēraudu, lāzera skābekļa griešanai nepieciešamā lāzera jauda var būt daudz mazāka nekā tīrai lāzera kausēšanas griešanai, tādējādi samazinot iekārtu izmaksas un enerģijas patēriņu.

4. Laba griešanas kvalitāte:Oglekļa tērauda biezām plāksnēm var iegūt griešanas virsmu ar labu vertikāli un mazāku izdedžu daudzumu (ideāls stāvoklis).

Procesa raksturojums un ierobežojumi

1. Materiālā selektivitāte:

• Galvenokārt reaktīviem metāliem: Visizplatītākais un ideālākais pielietojuma materiāls ir oglekļa tērauds.

• Nav piemērots nerūsējošajam tēraudam, alumīnijam, varam u. c.:
• Nerūsējošais tērauds: hroms (Cr) un citi elementi veidos augstas kušanas temperatūras oksīdus (piemēram, Cr2O3), kas kavē oksidācijas reakcijas turpināšanos, un izdedžus nav viegli aizpūst, kā rezultātā griešanas virsma ir raupja un izdedži uzkrājas.
• Alumīnijs un varš: to oksīdu (Al2O3, CuO) kušanas temperatūra ir daudz augstāka nekā paša substrāta kušanas temperatūra, pārklājot virsmu kā cietu apvalku, novēršot reakcijas turpināšanos un nodrošinot augstu lāzera atstarošanas spēju.

2. Griešanas virsmas raksturojums:

• Oksidācijas reakcijas dēļ griezuma virsmai būs oksīda slānis (līdzīgi kā zilēšanas apstrādē) un tā var būt nedaudz raupja (salīdzinājumā ar slāpekļa griezuma gaišo pusi).
• Apakšā var būt nedaudz izdedžu, kas jāsamazina, optimizējot procesa parametrus.

3. Karstuma ietekmētā zona ir lielāka:Spēcīgā oksidēšanās reakcija radīs vairāk siltuma, kā rezultātā sagataves termiski ietekmētā zona būs plašāka nekā lāzera kausēšanas un griešanas zona, un sagataves kopējā termiskā deformācija var būt nedaudz lielāka.

Salīdzinājums ar citiem griešanas procesiem

VS. Tīra lāzera slāpekļa griešana (kušanas griešana):

• Griešana ar slāpekli: lāzera kausēšanas metode, kuras laikā kausējumu aizpūš ar augstspiediena slāpekli. Nav oksidēšanās reakcijas, šķērsgriezums ir spīdīgs un nav oksīda slāņa, taču ātrums ir mazs, gāzes patēriņš ir liels un izmaksas ir augstas. Piemērots nerūsējošā tērauda, ​​alumīnija u.c. griešanai, bet nav ekonomisks bieza oglekļa tērauda griešanai.
• Skābekļa griešana: oksidācijas reakcijas pievienošana, liels ātrums, zemas izmaksas, piemērots oglekļa tēraudam, bet sekcijai ir oksīda slānis.

VS. Tradicionālā liesmas griešana (oksiacetilēna griešana):

• Tradicionālā liesma: griešana ar liesmas iepriekšēju uzsildīšanu, tīra skābekļa sadegšanas griešana. Lēna iepriekšēja uzsildīšana, plata sprauga, zema precizitāte un liela termiskā deformācija.
• Lāzera skābekļa griešana: ar augstas enerģijas lāzera precizitāti, ātru priekšsildīšanu, griešanas šuve ir ļoti šaura (un lāzera plankuma diametrs), augsta precizitāte, mazs
• ll slīpums, neliela termiskā ietekme, ir tradicionālā liesmas griešanas modernizācija, augstas precizitātes jaunināšanas versija.

Kopsavilkums

Lāzera liesmas kompozītmateriālu (lāzera skābekļa) griešanas iekārtas pamatprincips ir izmantot augstas enerģijas lāzera staru, lai precīzi aizdedzinātu un uzturētu metāla (dzelzs) spēcīgu degšanas reakciju tīra skābekļa vidē, un apvienot lāzera siltumenerģiju ar metāla oksidācijas ķīmisko enerģiju, lai panāktu "1 1>2" griešanas efektu. Tā lieliski apvieno lāzera augstas precizitātes un augsta fokusa priekšrocības ar augstas efektivitātes un zemām skābekļa sadegšanas izmaksām, padarot to par neaizstājamu galveno procesu vidēja un bieza oglekļa tērauda loksņu griešanas jomā.