Prinsip Mesin Pemotong Hibrid Laser-Oxyfuel

Pemotongan komposit api laser biasanya merujuk kepada "pemotongan oksigen laser", yang merupakan salah satu proses pemotongan laser utama (dua yang lain ialah pemotongan lebur laser dan pemotongan pengewapan laser). Ia bukan bermaksud "api yang dihasilkan oleh laser," tetapi sebaliknya proses hibrid yang menggunakan laser sebagai sumber haba, ditambah dengan oksigen tulen sebagai gas bantuan, untuk memulakan tindak balas pembakaran pengoksidaan yang kuat (iaitu, "api") dalam logam (terutamanya bahan keluli) semasa proses pemotongan. Proses ini memanfaatkan tenaga haba daripada tindak balas kimia untuk meningkatkan prestasi pemotongan dengan ketara.

Seterusnya, kami akan menerangkan prinsipnya secara terperinci dari beberapa perspektif:

Prinsip Teras: Pembakaran Logam Terkawal Teraruh Laser

1. Peranan laser (pencucuhan dan penyelenggaraan):

• Pancaran laser berketumpatan tenaga tinggi difokuskan pada permukaan bahan kerja, menyebabkan suhu logam yang disinari meningkat dengan cepat ke takat penyalaannya (kira-kira 1350°C untuk besi).
• Pancaran laser menyediakan sumber haba berterusan, tepat dan bertenaga tinggi yang bukan sahaja menyalakan tindak balas, tetapi yang lebih penting lagi mengekalkan kawasan tindak balas pada suhu yang tinggi.

2. Peranan oksigen (agen pembakaran dan pemulung):

• Satu aliran oksigen bertekanan tinggi dan ketulenan tinggi disuntik secara sepaksi dengan pancaran laser ke titik logam yang dipanaskan oleh laser.
• Besi (Fe) yang mencapai takat pencucuhan dan oksigen (O₂) menjalani tindak balas eksotermik pengoksidaan yang ganas (pembakaran): 4Fe₂₂ → 2Fe₂O, haba
• Tindak balas ini membebaskan banyak haba (kira-kira 3-5 kali ganda tenaga laser itu sendiri!), Ini adalah kunci kepada tenaga "sebatian". Haba tambahan ini meningkatkan kapasiti lebur/penggasan keseluruhan dengan ketara.

3. Proses kerjasama komposit:

• Pemanasan awal dan pencucuhan: Laser mula-mula memanaskan logam setempat ke titik pencucuhan.
• Pembakaran eksotermik: suntikan oksigen, logam terbakar dengan hebat, menghasilkan haba yang jauh lebih tinggi daripada yang boleh diberikan oleh laser itu sendiri, mencairkan atau mengoksidakan logam dengan cepat, dan membentuk sanga (terutamanya Feo dan Fe3o4).
• Meniup dan membentuk: Satu lagi peranan penting aliran gas oksigen bertekanan tinggi adalah untuk meniup oksida logam cair (sanga) yang dihasilkan oleh tindak balas daripada jahitan pemotongan dengan kuat seperti "pisau udara" untuk membentuk permukaan pemotongan yang bersih dan agak licin.

Berterusan: Pancaran laser bergerak di hadapan, memanaskan kawasan baharu secara berterusan, dan tindak balas pembakaran mengikuti fokus laser ke hadapan dan ke bawah, dan akhirnya menembusi bahan kerja dan membentuk potongan.

Bagaimanakah pendekatan "kompaun" ini begitu cekap? (Kelebihan)

1. Keupayaan yang kuat untuk memotong plat tebal:Bagi keluli karbon (seperti keluli karbon rendah), pemotongan oksigen laser adalah kaedah yang paling kos efektif dan terpantas untuk memotong plat sederhana dan tebal (biasanya lebih daripada 6mm, sehingga 30mm atau lebih tebal). Pemotongan lebur laser tulen (seperti dengan nitrogen) perlu bergantung sepenuhnya pada tenaga laser untuk mencairkan logam, permukaan plat tebal nampaknya tidak mencukupi.

2. Kelajuan pemotongan pantas:Disebabkan penambahan tenaga kimia tindak balas pembakaran logam, jumlah input tenaga adalah jauh lebih tinggi daripada tenaga laser tunggal, jadi kelajuan pemotongan adalah jauh lebih cepat daripada pemotongan lebur di bawah kuasa yang sama.

3Keperluan kuasa peralatan agak rendah:Untuk memotong keluli karbon yang sama, kuasa laser yang diperlukan untuk pemotongan oksigen laser boleh jauh lebih rendah daripada pemotongan lebur laser tulen, sekali gus mengurangkan kos peralatan dan penggunaan tenaga.

4. Kualiti pemotongan yang baik:Bagi plat tebal keluli karbon, permukaan pemotongan dengan ketertegakkan yang baik dan kurang sanga (keadaan ideal) boleh diperolehi.

Ciri-ciri dan batasan proses

1. Selektiviti bahan:

• Terutamanya untuk logam reaktif: Bahan aplikasi yang paling tipikal dan ideal ialah keluli karbon.

• Tidak sesuai untuk keluli tahan karat, aluminium, kuprum, dll:
• Keluli tahan karat: kromium (Cr) dan unsur-unsur lain akan membentuk oksida takat lebur yang tinggi (seperti Cr2O3), yang menghalang tindak balas pengoksidaan daripada berterusan, dan sanga tidak mudah ditiup angin, mengakibatkan permukaan pemotongan kasar dan sanga tergantung dengan serius.
• Aluminium dan kuprum: takat lebur oksidanya (Al2O3,CuO) jauh lebih tinggi daripada substrat itu sendiri, menutup permukaan seperti cangkerang keras, menghalang tindak balas daripada berterusan, dan mempunyai pemantulan yang tinggi terhadap laser.

2. Ciri-ciri permukaan pemotongan:

• Disebabkan oleh tindak balas pengoksidaan, permukaan potongan akan mempunyai lapisan oksida (serupa dengan rawatan kebiruan) dan mungkin sedikit kasar (berbanding dengan bahagian cerah potongan nitrogen).
• Mungkin terdapat sedikit sanga yang tergantung di bahagian bawah, yang perlu diminimumkan dengan mengoptimumkan parameter proses.

3. Zon yang terjejas haba adalah lebih besar:Tindak balas pengoksidaan yang ganas akan menghasilkan lebih banyak haba, mengakibatkan zon bahan kerja yang terjejas haba menjadi lebih luas daripada zon peleburan dan pemotongan laser, dan ubah bentuk haba keseluruhan bahan kerja mungkin sedikit lebih besar.

Perbandingan dengan proses pemotongan lain

VS. Pemotongan nitrogen laser tulen (pemotongan lebur):

• Pemotongan nitrogen: dengan laser mencairkan logam, meniup leburan dengan nitrogen tekanan tinggi. Tiada tindak balas pengoksidaan, bahagiannya cerah dan tiada lapisan oksida, tetapi kelajuannya perlahan, penggunaan gasnya besar, dan kosnya tinggi. Ia sesuai untuk keluli tahan karat, aluminium, dan sebagainya, dan ia tidak menjimatkan untuk keluli karbon tebal.
• Pemotongan oksigen: penambahan tindak balas pengoksidaan, kelajuan pantas, kos rendah, sesuai untuk keluli karbon, tetapi bahagian tersebut mempunyai lapisan oksida.

VS. Pemotongan api tradisional (pemotongan oksiasetilena):

• Api tradisional: melalui pemanasan awal api, pemotongan pembakaran oksigen tulen. Pemanasan awal perlahan, celah lebar, ketepatan rendah dan ubah bentuk haba yang besar.
• Pemotongan oksigen laser: dengan ketepatan laser bertenaga tinggi, pemanasan awal yang cepat, jahitan pemotongan sangat sempit (dan diameter titik laser), ketepatan tinggi, sma
• Cerun ll, impak haba yang kecil, ialah pemodenan pemotongan api tradisional, versi naik taraf ketepatan tinggi.

Ringkasan

Prinsip teras mesin pemotong komposit nyalaan laser (oksigen laser) adalah dengan menggunakan pancaran laser bertenaga tinggi untuk menyalakan dan mengekalkan tindak balas pembakaran logam (besi) yang ganas dalam persekitaran oksigen tulen dengan tepat, dan menggabungkan tenaga haba laser dengan tenaga kimia pengoksidaan logam untuk mencapai kesan pemotongan "1 1>2". Ia menggabungkan dengan sempurna kelebihan ketepatan tinggi dan fokus laser yang tinggi dengan kelebihan kecekapan tinggi dan kos pembakaran oksigen yang rendah, menjadikannya proses arus perdana yang tidak dapat digantikan dalam bidang pemotongan kepingan keluli karbon sederhana dan tebal.