برش لیزری فولاد نورد گرم: اصول و گردش کار

اصل برش همجوشی لیزر-اکسیژن

برش لیزری فولاد نورد گرم معمولاً از آنچه که از نظر فنی به عنوان برش همجوشی لیزر-اکسیژن یا «برش هیبریدی شعله لیزر» شناخته می‌شود، استفاده می‌کند. این اصل به شرح زیر عمل می کند: یک پرتو لیزر فیبر پر انرژی (معمولاً 4 تا 6 کیلو وات) روی سطح صفحه فولادی نورد گرم متمرکز می شود و به سرعت یک ناحیه موضعی را تا دمای اشتعال آهن (تقریباً 1350 درجه سانتیگراد) گرم می کند. یک جت اکسیژن با خلوص بالا به صورت هم محور با پرتو لیزر به این نقطه فوق گرم هدایت می شود. هنگامی که آهن به نقطه اشتعال خود می رسد، به شدت با اکسیژن در یک واکنش اکسیداسیون گرمازا واکنش نشان می دهد: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 + گرما. این احتراق شیمیایی سه تا پنج برابر بیشتر از خود پرتو لیزر انرژی حرارتی آزاد می کند. بنابراین، لیزر به‌عنوان یک «فندک» یا «اشتعال‌کننده» کارآمد و بسیار قابل کنترل عمل می‌کند و واکنش را در طول مسیر برش برنامه‌ریزی‌شده آغاز و سپس هدایت می‌کند، در حالی که گاز اکسیژن هدف دوگانه‌ای یعنی عامل احتراق و جت پرفشار است که اکسید آهن مذاب حاصل را از بریدگی بریده بیرون می‌زند.

برای صفحات فولادی کربن ضخیم، این فرآیند هیبریدی مقرون به صرفه ترین و سریع ترین روش برش موجود است. این امکان برش صفحات تا ضخامت 200 میلی متر را با استفاده از لیزر نسبتا کم توان (6 کیلووات) فراهم می کند زیرا واکنش اکسیداسیون بیش از 80٪ از کل انرژی برش را تامین می کند. این کارایی نیاز به لیزرهای پرقدرت عظیم و گران قیمت را که اغلب برای صفحات ضخیم مورد نیاز است، از بین می برد. نتیجه یک برش تمیز با عمودی عالی، سرباره به طور قابل توجهی کمتر از برش پلاسما، و بدون نیاز به زمان های پیش گرمایش طولانی (اغلب 2-3 دقیقه) است که برای برش سنتی با سوخت اکسی اجباری است.

آماده سازی فولاد نورد گرم برای برش لیزری بهینه

در حالی که فرآیند لیزر-اکسیژن یک ابزار قدرتمند برای برش فولاد کربنی است، دستیابی به یک نتیجه با کیفیت بالا و ثابت به شدت به وضعیت سطح صفحه نورد گرم خام بستگی دارد. فولاد سیاه نورد گرم استاندارد دارای سطح فلس دار مشخصی است که برای لیزر ایده آل نیست. این سطح 'ماه مانند' یا دهانه بر سیستم تشخیص ارتفاع لیزر تأثیر می گذارد و باعث می شود که نقطه کانونی به داخل و خارج از فوکوس منحرف شود که مستقیماً بر کیفیت و ثبات برش تأثیر می گذارد. برای مقابله با این، ماده ترجیحی برای برش لیزری با دقت بالا، فولاد نورد داغ ترشی و روغنی (HRP&O) است . در این فرآیند، کویل نورد گرم از داخل یک حمام اسید هیدروکلریک عبور داده می شود که به طور شیمیایی رسوب آسیاب مقاوم را از بین می برد و سطحی تمیز، صاف و یکنواخت باقی می گذارد که سپس به آرامی روغن کاری می شود تا محافظت موقت در برابر خوردگی ایجاد کند.

مطالعات صنعتی تایید کرده است که ترشی کردن به طور اساسی عملکرد برش لیزری فولاد نورد گرم را تغییر می دهد. در تمام محدوده‌های ضخامت، کیفیت سطح مواد نسبت به هر متغیر دیگری، از جمله فشار گاز کمکی یا تنظیم موقعیت کانونی، تأثیر مهم‌تری بر نتایج برش دارد. عمق فوکوس ثابت نیاز اولیه برای برش های پایدار و با کیفیت است. سطح صاف فولاد HRP&O دقیقاً همین را فراهم می کند و پنجره فرآیند گسترده و سرعت برش بالا را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، برخی از فرآیندهای پیشرفته مانند فرآیند SCS (راه حل های کویل پایدار) یک گام فراتر می روند و سطحی تمیز و خشک ایجاد می کنند که با از بین بردن دود ناشی از سوختن روغن، سرعت برش را تقریباً 20٪ بهبود می بخشد. برای کاربردهای دقیقی که نیاز به صافی تضمین شده پس از برش دارند، گریدهای تخصصی مانند محصولات نوار نورد گرم لیزر پلاس حداکثر انحراف صافی تنها 3 میلی متر در متر را تضمین می کنند.

گردش کار سیم پیچ به صفحه برای برش لیزری

در یک محیط ساخت مدرن و کارآمد، گردش کار از کویل نورد گرم تا یک صفحه برش خورده و تمام شده بسیار خودکار و کارآمد است. این فرآیند اغلب با یک سیم پیچ گیج سنگین که می تواند تا 30 تن وزن داشته باشد، شروع می شود که روی یک دیکویلر دقیق نصب می شود. نوار فولادی از طریق یک تراز کننده سنگین تغذیه می شود که 'مجموعه سیم پیچ' (انحنای طبیعی نوار زخم) را حذف می کند تا یک ورق کاملاً صاف تولید کند. به دنبال آن یک برش دقیق برش به طول انجام می شود که نوار را به صفحاتی با ابعاد دقیق و برنامه ریزی شده تقسیم می کند. کل این فرآیند درون خطی را می‌توان با نرم‌افزار مبتنی بر دستور غذا کنترل و کنترل کرد و از تنظیمات کامل و قابل تکرار برای هر محصول اطمینان حاصل کرد. نتیجه یک صفحه تخت و با اندازه ثابت است که برای مرحله بعدی بهینه شده است: خود سیستم برش لیزری.

سپس صفحات تخت تمام شده روی دستگاه برش لیزری فیبر با قدرت بالا قرار می گیرند. پارامترهای برش - از همه مهمتر، فشار گاز کمکی اکسیژن، موقعیت کانونی لیزر (در عمق صفحات ضخیم برای یک صفحه موازی باریک) و سرعت برش - همه در سیستم CNC برنامه ریزی شده اند. برای بسیاری از عملیات های با حجم بالا، این فرآیند با حرکت مستقیم از سیم پیچ به لیزر بیشتر پیشرفت می کند. در سیستم‌های بلنکینگ لیزری با کویل، نوار تراز شده مستقیماً به محفظه برش لیزری وارد می‌شود. این مرحله جداگانه ایجاد صفحات گسسته را حذف می کند، زمان مورد نیاز برای تعویض پالت را حذف می کند و می تواند زمان کلی تولید سیستم لیزر را تقریباً 14 درصد افزایش دهد که نشان دهنده صرفه جویی در حدود 600 ساعت کاری در سال در مقایسه با سیستم های تغذیه با ورق سنتی است. این گردش کار کاملاً یکپارچه، از سیم پیچ خام تا قسمت برش لیزری دقیق، استفاده از مواد را به حداکثر می‌رساند، جابجایی را به حداقل می‌رساند و استانداردهایی را برای پردازش مدرن فولاد تعیین می‌کند.