Принцип на машина за сечење со ласерско-оксигориво

Ласерското пламенско сечење на композитни материјали обично се однесува на „ласерско сечење со кислород„, што е еден од главните процеси на ласерско сечење (другите два се ласерско сечење со топење и ласерско испарување). Тоа не значи „ласерски генериран пламен“, туку хибриден процес кој користи ласер како извор на топлина, дополнет со чист кислород како помошен гас, за да иницира енергична реакција на оксидациско согорување (т.е. „пламен“) во метали (главно челични материјали) за време на процесот на сечење. Овој процес ја користи топлинската енергија од хемиската реакција за значително подобрување на перформансите на сечење.

Следно, детално ќе го објасниме неговиот принцип од неколку перспективи:

Основен принцип: Ласерски индуцирано контролирано согорување на метал

1. Улогата на ласерот (палење и одржување):

• Ласерски зрак со висока густина на енергија се фокусира на површината на обработуваниот дел, предизвикувајќи температурата на озрачениот метал брзо да се искачи до точката на палење (приближно 1350°C за железо).
• Ласерскиот зрак обезбедува континуиран, прецизен извор на топлина со висока енергија кој не само што ја запалува реакцијата, туку, што е уште поважно, ја одржува реакционата област на висока температура.

2. Улога на кислородот (средство за согорување и чистач):

• Множество од 1 кислород под висок притисок и висока чистота се инјектира коаксијално со ласерскиот зрак врз металната точка загреана од ласерот.
• Железото (Fe) кое ќе стигне до точката на палење и кислородот (O₂) подлежат на насилна оксидациска егзотермна реакција (согорување): 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, топлина
• Оваа реакција ослободува многу топлина (околу 3-5 пати поголема енергија од самиот ласер!), што е клучот за „соединета“ енергија. Оваа дополнителна топлина значително го зголемува вкупниот капацитет на топење/гасификација.

3. Композитен колаборативен процес:

• Претходно загревање и палење: Ласерот прво го загрева локалниот метал до точката на палење.
• Егзотермно согорување: со вбризгување на кислород, металот гори насилно, генерирајќи многу поголема топлина отколку што самиот ласер може да обезбеди, брзо топејќи го или дури оксидирајќи го металот и формирајќи згура (главно Feo и Fe3o4).
• Дување и формирање: Друга важна улога на протокот на кислороден гас под висок притисок е насилно дување на стопениот метален оксид (згура) генериран од реакцијата од сечечкиот шев како „воздушен нож“ за да се формира чиста, релативно мазна површина за сечење.

Континуирано: Ласерскиот зрак се движи напред, континуирано ја загрева новата површина, а реакцијата на согорување го следи фокусот на ласерот напред и надолу, и конечно продира во обработливото парче и формира засек.

Како е овој „сложен“ пристап толку ефикасен? (Предност)

1. Силна способност за сечење дебели плочи:За јаглероден челик (како што е нискојаглеродниот челик), ласерското сечење со кислород е најисплатливиот и најбрзиот метод за сечење средни и дебели плочи (обично повеќе од 6 mm, до 30 mm или дури и подебели). Чистото ласерско сечење со топење (како со азот) треба целосно да се потпира на ласерската енергија за топење на металот, а површината на дебелата плоча се чини дека е несоодветна.

2. Брза брзина на сечење:Поради додавањето на хемиска енергија од реакцијата на согорување на метал, вкупната внесена енергија е многу поголема од онаа на единечна ласерска енергија, така што брзината на сечење е значително побрза од сечењето со топење под иста моќност.

3Потребните моќности на опремата се релативно ниски:За сечење на истиот јаглероден челик, ласерската моќност потребна за ласерско сечење со кислород може да биде многу помала од онаа на чисто ласерско сечење со топење, со што се намалуваат трошоците за опрема и потрошувачката на енергија.

4. Добар квалитет на сечење:За дебели плочи од јаглероден челик, може да се добие површина за сечење со добра вертикалност и помалку згура (идеална состојба).

Карактеристики и ограничувања на процесот

1. Селективност на материјалот:

• Првенствено за реактивни метали: Најтипичниот и идеален материјал за примена е јаглеродниот челик.

• Не е погодно за нерѓосувачки челик, алуминиум, бакар итн.:
• Нерѓосувачки челик: хромот (Cr) и другите елементи ќе формираат оксиди со висока точка на топење (како што е Cr2O3), кои го попречуваат продолжувањето на реакцијата на оксидација, а згурата не се отстранува лесно, што резултира со груба површина на сечење и сериозно наталожување на згура.
• Алуминиум и бакар: точката на топење на неговите оксиди (Al2O3,CuO) е многу повисока од онаа на самата подлога, покривајќи ја површината како тврда обвивка, спречувајќи го продолжувањето на реакцијата и имајќи висока рефлективност на ласерот.

2. Карактеристики на површината за сечење:

• Поради реакцијата на оксидација, површината на сечењето ќе има слој од оксид (сличен на третманот со синење) и може да биде малку груба (во споредба со светлата страна на сечењето со азот).
• Може да има мала згура што виси на дното, што треба да се минимизира со оптимизирање на параметрите на процесот.

3. Зоната погодена од топлина е поголема:Насилната реакција на оксидација ќе генерира повеќе топлина, што резултира со тоа што зоната погодена од топлина на работното парче ќе биде поширока од онаа на ласерско топење и сечење, а вкупната термичка деформација на работното парче може да биде малку поголема.

Споредба со други процеси на сечење

НАСПРОТИ сечење со чист ласерски азот (сечење со топење):

• Сечење со азот: со ласерско топење на метал, дување на стопениот материјал со азот под висок притисок. Нема реакција на оксидација, пресекот е светол и нема оксиден слој, но брзината е мала, потрошувачката на гас е голема, а цената е висока. Погоден е за не'рѓосувачки челик, алуминиум итн., а не е економичен за дебел јаглероден челик.
• Сечење со кислород: додавање на оксидациска реакција, голема брзина, ниска цена, погодно за јаглероден челик, но делот има оксиден слој.

Наспроти традиционалното сечење со пламен (сечење со оксиацетилен):

• Традиционален пламен: со претходно загревање на пламен, сечење со согорување на чист кислород. Бавно претходно загревање, широк процеп, мала прецизност и голема термичка деформација.
• Ласерско кислородно сечење: со високоенергетска ласерска прецизност, брзо загревање, сечењето на шевот е многу тесно (и дијаметар на ласерската точка), висока прецизност, мал
• ll наклон, мало термичко влијание, е традиционална модернизација на сечење со пламен, верзија за надградба со висока прецизност.

Резиме

Основниот принцип на машината за сечење на ласерски пламен композитен материјал (ласерски кислород) е да се користи високоенергетски ласерски зрак за прецизно палење и одржување на насилната реакција на согорување на метал (железо) во чиста кислородна средина, и комбинирање на топлинската енергија на ласерот со хемиската енергија на оксидацијата на металот за да се постигне ефект на сечење „1 1>2“. Совршено ги комбинира предностите на високата прецизност и високиот фокус на ласерот со предностите на високата ефикасност и ниската цена на согорувањето на кислород, што го прави незаменлив мејнстрим процес во областа на сечење на средни и дебели лимови од јаглероден челик.