Parimi i makinës prerëse hibride me lazer-oksifuel

Prerja e kompozitit me flakë lazeri zakonisht i referohet "prerjes me flakë lazeri":prerje me lazer me oksigjen”, i cili është një nga proceset kryesore të prerjes me lazer (dy të tjerat janë prerja me shkrirje me lazer dhe prerja me avullim me lazer). Nuk do të thotë "flakë e gjeneruar nga lazeri", por më tepër një proces hibrid që përdor një lazer si burim nxehtësie, të plotësuar nga oksigjen i pastër si gaz ndihmës, për të filluar një reaksion të fuqishëm oksidimi-djegie (domethënë, "flakë") në metale (kryesisht materiale çeliku) gjatë procesit të prerjes. Ky proces shfrytëzon energjinë termike nga reaksioni kimik për të përmirësuar ndjeshëm performancën e prerjes.

Më pas, do ta shpjegojmë parimin e tij në detaje nga disa perspektiva:

Parimi thelbësor: Djegia e kontrolluar e metaleve e induktuar nga lazeri

1. Roli i lazerit (ndezja dhe mirëmbajtja):

• Një rreze lazeri me dendësi të lartë energjie fokusohet në sipërfaqen e pjesës së punës, duke bërë që temperatura e metalit të rrezatuar të rritet me shpejtësi deri në pikën e ndezjes (afërsisht 1350°C për hekurin).
• Rrezja lazer siguron një burim nxehtësie të vazhdueshëm, të saktë dhe me energji të lartë që jo vetëm ndez reaksionin, por, më e rëndësishmja, e mban zonën e reaksionit në një temperaturë të lartë.

2. Roli i oksigjenit (agjent djegës dhe pastrues):

• Një rrjedhë 1 oksigjeni me presion të lartë dhe pastërti të lartë injektohet në mënyrë koaksiale me rrezen lazer në pikën metalike të ngrohur nga lazeri.
• Hekuri (Fe) që arrin pikën e ndezjes dhe oksigjeni (O₂) i nënshtrohen një reaksioni ekzotermik oksidimi të dhunshëm (djegie): 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, nxehtësi
• Ky reaksion çliron shumë nxehtësi (rreth 3-5 herë energjinë e vetë lazerit!), Ky është çelësi i energjisë "të përbërë". Kjo nxehtësi shtesë rrit shumë kapacitetin e përgjithshëm të shkrirjes/gazifikimit.

3. Procesi i bashkëpunimit i përbërë:

• Ngrohja paraprake dhe ndezja: Lazeri së pari ngroh metalin lokal deri në pikën e ndezjes.
• Djegie ekzotermike: me injektim oksigjeni, metali digjet me dhunë, duke gjeneruar nxehtësi shumë më të lartë se sa mund të ofrojë vetë lazeri, duke e shkrirë ose edhe oksiduar me shpejtësi metalin dhe duke formuar skorje (kryesisht Feo dhe Fe3o4).
• Fryrja dhe formimi: Një tjetër rol i rëndësishëm i rrjedhës së gazit të oksigjenit me presion të lartë është fryrja e oksidit të metalit të shkrirë (skorjes) të gjeneruar nga reaksioni nga tegeli prerës me dhunë si një "thikë ajri" për të formuar një sipërfaqe prerjeje të pastër dhe relativisht të lëmuar.

I vazhdueshëm: Rrezja e lazerit lëviz përpara, ngroh paraprakisht vazhdimisht zonën e re dhe reaksioni i djegies ndjek fokusin e lazerit përpara dhe poshtë, dhe më në fund depërton në copën e punës dhe formon një prerje.

Si është kaq efikase kjo qasje "e përbërë"? (Avantazh)

1. Aftësi e fortë për të prerë pllaka të trasha:Për çelikun e karbonit (si çeliku me karbon të ulët), prerja me oksigjen me lazer është metoda më efektive nga ana e kostos dhe më e shpejtë për prerjen e pllakave të mesme dhe të trasha (zakonisht më shumë se 6 mm, deri në 30 mm ose edhe më të trasha). Prerja e pastër me shkrirje me lazer (si me azot) duhet të mbështetet tërësisht në energjinë e lazerit për të shkrirë metalin, sipërfaqja e pllakës së trashë duket e pamjaftueshme.

2. Shpejtësi e shpejtë prerjeje:Për shkak të shtimit të energjisë kimike të reaksionit të djegies së metaleve, hyrja totale e energjisë është shumë më e lartë se ajo e një energjie të vetme lazeri, kështu që shpejtësia e prerjes është dukshëm më e shpejtë se prerja e shkrirjes nën të njëjtën fuqi.

3Kërkesat për energji të pajisjeve janë relativisht të ulëta:Për të prerë të njëjtin çelik karboni, fuqia e lazerit e nevojshme për prerjen e oksigjenit me lazer mund të jetë shumë më e ulët se ajo e prerjes së pastër me shkrirje me lazer, duke ulur kostot e pajisjeve dhe konsumin e energjisë.

4. Cilësi e mirë prerjeje:Për pllakat e trasha të çelikut të karbonit, mund të merret një sipërfaqe prerëse me vertikalitet të mirë dhe më pak skorje (gjendje ideale).

Karakteristikat dhe kufizimet e procesit

1. Selektiviteti i materialit:

• Kryesisht për metalet reaktive: Materiali më tipik dhe ideal i aplikimit është çeliku i karbonit.

• Nuk është i përshtatshëm për çelik inox, alumin, bakër, etj.:
• Çelik inox: kromi (Cr) dhe elementë të tjerë do të formojnë okside me pikë të lartë shkrirjeje (si Cr2O3), të cilat pengojnë vazhdimin e reaksionit të oksidimit, dhe skorjet nuk largohen lehtë me erë, duke rezultuar në sipërfaqe të ashpër prerjeje dhe varje serioze të skorjeve.
• Alumini dhe bakri: pika e shkrirjes së oksideve të tij (Al2O3,CuO) është shumë më e lartë se ajo e vetë substratit, duke mbuluar sipërfaqen si një guaskë e fortë, duke parandaluar vazhdimin e reaksionit dhe duke pasur reflektivitet të lartë ndaj lazerit.

2. Karakteristikat e sipërfaqes së prerjes:

• Për shkak të reaksionit të oksidimit, sipërfaqja e prerjes do të ketë një shtresë oksidi (e ngjashme me trajtimin e kaltërimit) dhe mund të jetë paksa e ashpër (krahasuar me anën e ndritshme të prerjes së azotit).
• Mund të ketë një sasi të vogël skorjeje të varur në fund, e cila duhet të minimizohet duke optimizuar parametrat e procesit.

3. Zona e prekur nga nxehtësia është më e madhe:Reaksioni i dhunshëm i oksidimit do të gjenerojë më shumë nxehtësi, duke rezultuar në një zonë të prekur nga nxehtësia të pjesës së punës që është më e gjerë se ajo e shkrirjes dhe prerjes me lazer, dhe deformimi i përgjithshëm termik i pjesës së punës mund të jetë pak më i madh.

Krahasimi me proceset e tjera të prerjes

VS. Prerja me azot të pastër lazer (prerja me shkrirje):

• Prerja me azot: me anë të shkrirjes së metalit me lazer, duke e larguar shkrirjen me azot me presion të lartë. Nuk ka reaksion oksidimi, prerja është e ndritshme dhe pa shtresë oksidi, por shpejtësia është e ngadaltë, konsumi i gazit është i madh dhe kostoja është e lartë. Është i përshtatshëm për çelik inox, alumin etj., dhe nuk është ekonomik për çelik karboni të trashë.
• Prerja e oksigjenit: shtimi i reaksionit të oksidimit, shpejtësia e lartë, kostoja e ulët, i përshtatshëm për çelik karboni, por seksioni ka një shtresë oksidi.

VS. Prerja tradicionale me flakë (prerja me oksiacetilen):

• Flaka tradicionale: me parangrohje të flakës, prerje me djegie të pastër oksigjeni. Parangrohje e ngadaltë, çarje e gjerë, saktësi e ulët dhe deformim i madh termik.
• Prerje me oksigjen me lazer: me precizion lazeri me energji të lartë, ngrohje të shpejtë, prerja e shtresës është shumë e ngushtë (dhe diametri i pikës së lazerit), precizion i lartë, i vogël
• Pjerrësia ll, ndikimi i vogël termik, është modernizimi tradicional i prerjes me flakë, versioni i përmirësuar me saktësi të lartë.

Përmbledhje

Parimi thelbësor i makinës prerëse me flakë lazeri (oksigjen lazeri) është përdorimi i një rreze lazeri me energji të lartë për të ndezur me saktësi dhe për të ruajtur reaksionin e djegies së dhunshme të metalit (hekurit) në një mjedis me oksigjen të pastër, dhe për të kombinuar energjinë termike të lazerit me energjinë kimike të oksidimit të metalit për të arritur efektin e prerjes "1 1>2". Ai kombinon në mënyrë të përkryer avantazhet e saktësisë së lartë dhe fokusit të lartë të lazerit me avantazhet e efikasitetit të lartë dhe kostos së ulët të djegies së oksigjenit, duke e bërë atë një proces të pazëvendësueshëm kryesor në fushën e prerjes së fletëve të çelikut të karbonit me trashësi të mesme dhe të trashë.