लेझर-ऑक्सीफ्युएल हायब्रीड कटिंग मशीनचे तत्त्व

लेझर फ्लेम कंपोझिट कटिंगचा सामान्यतः अर्थ असा होतो की “लेझर ऑक्सिजन कटिंगही एक मुख्य लेझर कटिंग प्रक्रिया आहे (इतर दोन लेझर मेल्टिंग कटिंग आणि लेझर व्हेपोरायझेशन कटिंग आहेत). याचा अर्थ "लेझर-निर्मित ज्योत" असा नाही, तर ही एक संकरित प्रक्रिया आहे. यामध्ये उष्णतेचा स्रोत म्हणून लेझरचा वापर केला जातो आणि त्याला साहाय्यक वायू म्हणून शुद्ध ऑक्सिजनची जोड दिली जाते. कटिंग प्रक्रियेदरम्यान धातूंमध्ये (मुख्यतः स्टीलच्या वस्तूंमध्ये) एक तीव्र ऑक्सिडेशन ज्वलन अभिक्रिया (म्हणजेच "ज्वाला") सुरू करण्यासाठी हे केले जाते. ही प्रक्रिया रासायनिक अभिक्रियेतून मिळणाऱ्या औष्णिक ऊर्जेचा उपयोग करून कटिंगची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या वाढवते.

पुढे, आपण त्याचे तत्व विविध दृष्टिकोनांतून सविस्तरपणे स्पष्ट करू:

मुख्य तत्त्व: लेझर-प्रेरित नियंत्रित धातू ज्वलन

१. लेझरची भूमिका (प्रज्वलन आणि देखभाल):

• उच्च-ऊर्जा-घनतेचा लेझर किरण कामाच्या वस्तूच्या पृष्ठभागावर केंद्रित केला जातो, ज्यामुळे किरणोत्सर्जित धातूचे तापमान त्याच्या ज्वलन बिंदूपर्यंत (लोखंडासाठी अंदाजे 1350°C) वेगाने वाढते.
• लेझर बीम एक अखंड, अचूक, उच्च-ऊर्जा उष्णता स्रोत प्रदान करतो जो केवळ अभिक्रिया सुरू करत नाही, तर त्याहून महत्त्वाचे म्हणजे अभिक्रिया क्षेत्राला उच्च तापमानावर टिकवून ठेवतो.

२. ऑक्सिजनची भूमिका (ज्वलनकारक आणि स्कॅव्हेंजर):

• उच्च दाब आणि उच्च शुद्धतेच्या ऑक्सिजनचा एक प्रवाह लेझर बीमसोबत एकाच अक्षावर लेझरने तापवलेल्या धातूच्या भागावर सोडला जातो.
• प्रज्वलन बिंदूपर्यंत पोहोचलेले लोह (Fe) आणि ऑक्सिजन (O₂) यांच्यात एक तीव्र ऑक्सिडीकरण उष्णतादायी अभिक्रिया (दहन) होते: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, उष्णता
• या प्रतिक्रियेतून प्रचंड उष्णता बाहेर पडते (जी लेझरच्या ऊर्जेच्या सुमारे ३-५ पट असते!). हेच ‘संयुग’ ऊर्जेचे रहस्य आहे. ही अतिरिक्त उष्णता एकूण वितळण्याची/वायूकरणाची क्षमता मोठ्या प्रमाणात वाढवते.

३. संयुक्त सहयोगी प्रक्रिया:

• पूर्वतापमान आणि प्रज्वलन: लेझर प्रथम स्थानिक धातूला प्रज्वलन बिंदूपर्यंत गरम करतो.
• उष्मादायी ज्वलन: ऑक्सिजन अंतःक्षेपण, धातू तीव्रतेने जळतो, ज्यामुळे लेझर स्वतः देऊ शकणाऱ्या उष्णतेपेक्षा खूप जास्त उष्णता निर्माण होते, धातू वेगाने वितळतो किंवा त्याचे ऑक्सिडीकरणही होते आणि स्लग (मुख्यतः FeO आणि Fe3O4) तयार होतो.
• फुंकणे आणि आकार देणे: उच्च-दाबाच्या ऑक्सिजन वायू प्रवाहाची आणखी एक महत्त्वाची भूमिका म्हणजे, अभिक्रियेमुळे तयार झालेला वितळलेला धातू ऑक्साईड (स्लॅग) कटिंग सीममधून 'एअर नाईफ' प्रमाणे जोरदारपणे फुंकून एक स्वच्छ, तुलनेने गुळगुळीत कटिंग पृष्ठभाग तयार करणे.

सतत: लेझर किरणपुंज पुढे सरकतो, नवीन भागाला सतत पूर्व-उष्णता देतो, आणि ज्वलन अभिक्रिया लेझरच्या फोकसच्या मागे पुढे आणि खाली सरकते, आणि शेवटी वर्कपीसमध्ये प्रवेश करून एक काप तयार करते.

ही ‘संमिश्र’ पद्धत इतकी कार्यक्षम कशी आहे? (फायदा)

१. जाड पट्ट्या कापण्याची उत्तम क्षमता:कार्बन स्टीलसाठी (जसे की लो कार्बन स्टील), मध्यम आणि जाड प्लेट्स (साधारणपणे ६ मिमी पेक्षा जास्त, ३० मिमी किंवा त्याहूनही जाड) कापण्यासाठी लेझर ऑक्सिजन कटिंग ही सर्वात किफायतशीर आणि जलद पद्धत आहे. शुद्ध लेझर मेल्टिंग कटिंगमध्ये (जसे की नायट्रोजन वापरून) धातू वितळवण्यासाठी पूर्णपणे लेझर ऊर्जेवर अवलंबून राहावे लागते, त्यामुळे जाड प्लेटचा पृष्ठभाग कापण्यासाठी ही पद्धत अपुरी ठरते.

२. जलद कापण्याची गती:धातू ज्वलन अभिक्रियेच्या रासायनिक ऊर्जेच्या समावेशामुळे, एकूण ऊर्जा वापर हा एका लेझर ऊर्जेपेक्षा खूप जास्त असतो, त्यामुळे समान शक्तीखालील वितळवून कापण्याच्या प्रक्रियेपेक्षा कापण्याचा वेग लक्षणीयरीत्या जास्त असतो.

3उपकरणांना लागणारी वीज तुलनेने कमी असते.तेच कार्बन स्टील कापण्यासाठी, लेझर ऑक्सिजन कटिंगसाठी लागणारी लेझर शक्ती ही केवळ लेझर मेल्टिंग कटिंगपेक्षा खूपच कमी असू शकते, ज्यामुळे उपकरणांचा खर्च आणि ऊर्जेचा वापर कमी होतो.

४. कापण्याची चांगली गुणवत्ता:कार्बन स्टीलच्या जाड प्लेट्ससाठी, उत्तम उभेपणा आणि कमी स्लग (आदर्श स्थिती) असलेला कापलेला पृष्ठभाग मिळवता येतो.

प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये आणि मर्यादा

१. पदार्थाची निवडक्षमता:

• मुख्यतः प्रतिक्रियाशील धातूंसाठी: सर्वात सामान्य आणि आदर्श उपयोजन सामग्री कार्बन स्टील आहे.

• स्टेनलेस स्टील, ॲल्युमिनियम, तांबे इत्यादींसाठी योग्य नाही:
• स्टेनलेस स्टील: क्रोमियम (Cr) आणि इतर घटक उच्च वितळणबिंदू असलेले ऑक्साइड (जसे की Cr2O3) तयार करतात, जे ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया पुढे चालू ठेवण्यास अडथळा आणतात आणि स्लग सहजपणे उडून जात नाही, परिणामी कापलेला पृष्ठभाग खडबडीत होतो आणि स्लग लटकण्याची गंभीर समस्या निर्माण होते.
• ॲल्युमिनियम आणि तांबे: त्यांच्या ऑक्साईड्सचा (Al2O3, CuO) वितळणांक मूळ सब्सट्रेटपेक्षा खूप जास्त असतो, ज्यामुळे ते पृष्ठभागावर एका कठीण कवचाप्रमाणे आच्छादन तयार करतात, अभिक्रिया पुढे चालू राहण्यास प्रतिबंध करतात आणि लेझरसाठी उच्च परावर्तनशीलता दर्शवतात.

२. कापण्याच्या पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये:

• ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियेमुळे, कापलेल्या पृष्ठभागावर ऑक्साईडचा थर तयार होईल (ब्लूइंग ट्रीटमेंटप्रमाणे) आणि तो (नायट्रोजन कटच्या चमकदार बाजूच्या तुलनेत) किंचित खडबडीत असू शकतो.
• तळाशी थोडासा स्लग (धातुमल) जमा झालेला असू शकतो, जो प्रक्रियेच्या मापदंडांना अनुकूलित करून कमी करणे आवश्यक आहे.

३. उष्णतेने प्रभावित क्षेत्र मोठे आहे:तीव्र ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियेमुळे अधिक उष्णता निर्माण होईल, परिणामी वर्कपीसचा उष्णता-प्रभावित क्षेत्र लेझर मेल्टिंग आणि कटिंगच्या तुलनेत अधिक विस्तृत होईल आणि वर्कपीसचे एकूण औष्णिक विरूपण किंचित जास्त असू शकते.

इतर कटिंग प्रक्रियांशी तुलना

विरुद्ध शुद्ध लेझर नायट्रोजन कटिंग (मेल्टिंग कटिंग):

• नायट्रोजन कटिंग: यामध्ये लेझरने धातू वितळवून, उच्च दाबाच्या नायट्रोजन वायूने ​​तो वितळलेला धातू उडवून दिला जातो. यात ऑक्सिडेशनची प्रतिक्रिया होत नाही, कापलेला भाग चमकदार असतो आणि त्यावर ऑक्साईडचा थर नसतो, परंतु याची गती कमी असते, वायूचा वापर जास्त होतो आणि खर्चही जास्त असतो. ही पद्धत स्टेनलेस स्टील, ॲल्युमिनियम इत्यादींसाठी योग्य आहे, परंतु जाड कार्बन स्टीलसाठी ती किफायतशीर नाही.
• ऑक्सिजन कटिंग: ऑक्सिडेशन अभिक्रियेमुळे जलद गती, कमी खर्च, कार्बन स्टीलसाठी उपयुक्त, परंतु त्याच्या सेक्शनवर ऑक्साईडचा थर असतो.

विरुद्ध पारंपरिक ज्योत कटिंग (ऑक्सीॲसिटिलीन कटिंग):

• पारंपरिक ज्योत: ज्योत पूर्वतापनाद्वारे, शुद्ध ऑक्सिजन ज्वलनाने कापणी. मंद पूर्वतापन, रुंद चीर, कमी अचूकता आणि मोठे औष्णिक विरूपण.
• लेझर ऑक्सिजन कटिंग: उच्च-ऊर्जा लेझर अचूकतेसह, जलद प्रीहीटिंग, कटिंग सीम अत्यंत अरुंद (आणि लेझर स्पॉटचा व्यास), उच्च अचूकता, लहान
• कमी उतार, कमी औष्णिक प्रभाव, ही पारंपरिक फ्लेम कटिंगचे आधुनिकीकरण आणि उच्च अचूकतेची सुधारित आवृत्ती आहे.

सारांश

लेझर फ्लेम कंपोझिट (लेझर ऑक्सिजन) कटिंग मशीनचे मुख्य तत्त्व म्हणजे, उच्च-ऊर्जा लेझर बीमचा वापर करून शुद्ध ऑक्सिजनच्या वातावरणात धातूची (लोखंडाची) तीव्र ज्वलन प्रतिक्रिया अचूकपणे प्रज्वलित करणे आणि ती टिकवून ठेवणे, तसेच लेझरच्या औष्णिक ऊर्जेला धातूच्या ऑक्सिडेशनच्या रासायनिक ऊर्जेसोबत जोडून “१:१>२” कटिंग परिणाम साधणे. हे लेझरच्या उच्च अचूकतेचे आणि उच्च फोकसचे फायदे ऑक्सिजन ज्वलनाच्या उच्च कार्यक्षमतेच्या आणि कमी खर्चाच्या फायद्यांसोबत उत्तम प्रकारे एकत्र आणते, ज्यामुळे मध्यम आणि जाड कार्बन स्टील शीट कटिंगच्या क्षेत्रात ही एक अपरिहार्य मुख्य प्रक्रिया बनते.