Principen för laser-oxyfuelhybridskärmaskin

Laserskärning av kompositmaterial avser vanligtvis "lasersyrgasskärning”, vilket är en av de huvudsakliga laserskärningsprocesserna (de andra två är lasersmältskärning och laserförångningsskärning). Det betyder inte ”lasergenererad flamma”, utan snarare en hybridprocess som använder en laser som värmekälla, kompletterad med rent syre som hjälpgas, för att initiera en kraftig oxidationsförbränningsreaktion (dvs. ”flamma”) i metaller (främst stålmaterial) under skärprocessen. Denna process utnyttjar den termiska energin från den kemiska reaktionen för att avsevärt förbättra skärprestandan.

Härnäst kommer vi att förklara dess princip i detalj ur flera perspektiv:

Kärnprincip: Laserinducerad kontrollerad metallförbränning

1. Laserns roll (tändning och underhåll):

• En laserstråle med hög energitäthet fokuseras på arbetsstyckets yta, vilket gör att temperaturen på den bestrålade metallen snabbt stiger till dess antändningspunkt (cirka 1350 °C för järn).
• Laserstrålen tillhandahåller en kontinuerlig, exakt och högenergisk värmekälla som inte bara antänder reaktionen, utan ännu viktigare, håller reaktionsområdet vid en hög temperatur.

2. Syrets roll (förbränningsmedel och avskiljare):

• En ström av högtryckssyre med hög renhet injiceras koaxiellt med laserstrålen på den metallpunkt som värms upp av lasern.
• Järnet (Fe) som når antändningspunkten och syret (O₂) genomgår en våldsam oxidationsreaktion (exoterm förbränning): 4Fe3O₂ → 2Fe2O, värme
• Denna reaktion frigör mycket värme (ungefär 3–5 gånger energin hos själva lasern!). Detta är nyckeln till "sammansatt" energi. Denna extra värme förbättrar den totala smält-/förgasningskapaciteten avsevärt.

3. Sammansatt samarbetsprocess:

• Förvärmning och antändning: Lasern värmer först den lokala metallen till antändningspunkten.
• Förbränningsexoterm: syreinjektion, metallen brinner våldsamt och genererar mycket högre värme än vad lasern själv kan ge, vilket snabbt smälter eller till och med oxiderar metallen och bildar slagg (främst FeO och Fe3o4).
• Blåsning och formning: En annan viktig roll för högtryckssyrgasflödet är att blåsa den smälta metalloxiden (slaggen) som genereras av reaktionen från skärsömmen våldsamt som en "luftkniv" för att bilda en ren, relativt slät skäryta.

Kontinuerlig: Laserstrålen rör sig framåt, förvärmer kontinuerligt det nya området, och förbränningsreaktionen följer laserfokus framåt och nedåt, och penetrerar slutligen arbetsstycket och bildar ett snitt.

Hur är denna "sammansatta" metod så effektiv? (Fördel)

1. Stark förmåga att skära tjocka plattor:För kolstål (såsom lågkolstål) är lasersyrgasskärning den mest kostnadseffektiva och snabbaste metoden för att skära medelstora och tjocka plåtar (vanligtvis mer än 6 mm, upp till 30 mm eller till och med tjockare). Ren lasersmältskärning (såsom med kväve) kräver helt laserenergi för att smälta metallen, och ytan på den tjocka plåten verkar vara otillräcklig.

2. Snabb skärhastighet:På grund av tillsatsen av kemisk energi från metallförbränningsreaktionen är den totala energiinmatningen mycket högre än för en enda laser, så skärhastigheten är betydligt snabbare än smältskärning med samma effekt.

3Utrustningens strömförsörjning är relativt låg:För att skära samma kolstål kan den lasereffekt som krävs för lasersyrgasskärning vara mycket lägre än för ren lasersmältskärning, vilket minskar utrustningskostnader och energiförbrukning.

4. Bra skärkvalitet:För tjocka plattor av kolstål kan en skäryta med god vertikalitet och mindre slagg (idealtillstånd) erhållas.

Processegenskaper och begränsningar

1. Materialselektivitet:

• Främst för reaktiva metaller: Det mest typiska och ideala applikationsmaterialet är kolstål.

• Ej lämplig för rostfritt stål, aluminium, koppar etc.:
• Rostfritt stål: krom (Cr) och andra element bildar oxider med hög smältpunkt (såsom Cr2O3), vilket hindrar oxidationsreaktionen från att fortsätta, och slaggen blåses inte lätt bort, vilket resulterar i en ojämn skäryta och allvarlig slaggbildning.
• Aluminium och koppar: smältpunkten för dess oxider (Al₂O₃,CuO) är mycket högre än för själva substratet, vilket täcker ytan som ett hårt skal, vilket förhindrar att reaktionen fortsätter och har hög reflektionsförmåga mot laser.

2. Skärytans egenskaper:

• På grund av oxidationsreaktionen kommer ytan på snittet att ha ett oxidlager (liknande blåneringsbehandlingen) och kan vara något grov (jämfört med den ljusa sidan av kväveskärningen).
• Det kan finnas en lätt slagg som hänger längst ner, vilket behöver minimeras genom att optimera processparametrarna.

3. Den värmepåverkade zonen är större:Den våldsamma oxidationsreaktionen kommer att generera mer värme, vilket resulterar i att arbetsstyckets värmepåverkade zon blir bredare än den vid lasersmältning och skärning, och den totala termiska deformationen av arbetsstycket kan vara något större.

Jämförelse med andra skärprocesser

Jämfört med ren laserkväveskärning (smältskärning):

• Kväveskärning: Genom lasersmältning av metall, bortblåsning av smältan med högtryckskvävgas. Ingen oxidationsreaktion, tvärsnittet är blankt och utan oxidskikt, men hastigheten är låg, gasförbrukningen är stor och kostnaden är hög. Den är lämplig för rostfritt stål, aluminium etc. och är inte ekonomisk för tjockt kolstål.
• Syreskärning: oxidationsreaktion, snabb hastighet, låg kostnad, lämplig för kolstål, men sektionen har ett oxidlager.

Jämfört med traditionell flamskärning (oxyacetylen-skärning):

• Traditionell låga: genom förvärmning av lågan, skärning med ren syreförbränning. Långsam förvärmning, bred slits, låg precision och stor termisk deformation.
• Laserskärning med syrgas: med högenergilaserprecision, snabb förvärmning, skärsömmen är mycket smal (och laserpunktsdiameter), hög precision, liten
• ll lutning, liten termisk påverkan, är den traditionella moderniseringen av flamskärning, uppgraderingsversion med hög precision.

Sammanfattning

Kärnprincipen för laserflamskärmaskinen med kompositlaser (syre) är att använda en högenergilaserstråle för att exakt antända och upprätthålla den våldsamma förbränningsreaktionen av metall (järn) i en ren syremiljö, och kombinera laserns termiska energi med den kemiska energin från metalloxidation för att uppnå en skäreffekt på "1 1> 2". Den kombinerar perfekt fördelarna med hög precision och hög laserfokus med fördelarna med hög effektivitet och låg kostnad för syreförbränning, vilket gör den till en oersättlig mainstream-process inom skärning av medelstora och tjocka kolstålplåtar.