हॉट-रोल्ड स्टील की लेजर कटिंग: सिद्धांत और वर्कफ़्लो

लेजर-ऑक्सीजन फ्यूजन कटिंग का सिद्धांत

हॉट-रोल्ड स्टील की लेजर कटिंग आमतौर पर तकनीकी रूप से लेजर-ऑक्सीजन फ्यूजन कटिंग या 'लेजर फ्लेम हाइब्रिड कटिंग' के रूप में जानी जाती है। लेजर वाष्पीकरण या शुद्ध पिघलने की प्रक्रियाओं के विपरीत, लेजर-ऑक्सीजन कटिंग लेजर बीम और एक एक्ज़ोथिर्मिक रासायनिक प्रतिक्रिया के बीच एक शक्तिशाली तालमेल पर निर्भर करती है। सिद्धांत निम्नानुसार काम करता है: एक उच्च-ऊर्जा फाइबर लेजर बीम (आमतौर पर 4 से 6 किलोवाट) हॉट-रोल्ड स्टील प्लेट की सतह पर केंद्रित होती है, जो तेजी से एक स्थानीय क्षेत्र को लोहे के इग्निशन तापमान (लगभग 1,350 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म करती है। एक उच्च शुद्धता वाले ऑक्सीजन जेट को लेजर बीम के साथ इस अत्यधिक गर्म स्थान पर समाक्षीय रूप से निर्देशित किया जाता है। एक बार जब लोहा अपने ज्वलन बिंदु पर पहुंच जाता है, तो यह एक्सोथर्मिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन के साथ हिंसक प्रतिक्रिया करता है: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + गर्मी। यह रासायनिक दहन लेजर बीम की तुलना में तीन से पांच गुना अधिक थर्मल ऊर्जा जारी करता है। इस प्रकार, लेजर एक कुशल, अत्यधिक नियंत्रणीय 'लाइटर' या 'इग्नाइटर' के रूप में कार्य करता है, जो प्रोग्राम किए गए कटिंग पथ के साथ प्रतिक्रिया शुरू करता है और फिर मार्गदर्शन करता है, जबकि ऑक्सीजन गैस दहन एजेंट और एक उच्च दबाव जेट होने के दोहरे उद्देश्य को पूरा करती है जो कटे हुए केर्फ़ से परिणामी पिघले हुए लौह ऑक्साइड स्लैग को बाहर निकाल देती है।

मोटी कार्बन स्टील प्लेटों के लिए, यह हाइब्रिड प्रक्रिया उपलब्ध सबसे अधिक लागत प्रभावी और सबसे तेज़ काटने की विधि है। यह अपेक्षाकृत कम-शक्ति वाले लेजर (6kW) का उपयोग करके 200 मिमी मोटी तक की प्लेटों को काटने में सक्षम बनाता है क्योंकि ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया कुल काटने की ऊर्जा का 80% से अधिक प्रदान करती है। यह दक्षता मोटी प्लेटों के लिए अक्सर आवश्यक बड़े, महंगे उच्च-शक्ति वाले लेज़रों की आवश्यकता को समाप्त कर देती है। परिणाम उत्कृष्ट ऊर्ध्वाधरता के साथ एक साफ कट है, प्लाज्मा कटिंग की तुलना में काफी कम स्लैग है, और लंबे प्रीहीटिंग समय (अक्सर 2-3 मिनट) की कोई आवश्यकता नहीं है जो पारंपरिक ऑक्सी-ईंधन कटिंग के लिए अनिवार्य है।

इष्टतम लेजर कटिंग के लिए हॉट-रोल्ड स्टील तैयार करना

जबकि लेजर-ऑक्सीजन प्रक्रिया कार्बन स्टील को काटने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, उच्च-गुणवत्ता, सुसंगत परिणाम प्राप्त करना कच्चे हॉट-रोल्ड प्लेट की सतह की स्थिति पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करता है। मानक हॉट-रोल्ड ब्लैक स्टील में एक विशेष पपड़ीदार सतह होती है जो लेजर के लिए आदर्श से बहुत दूर है। यह 'चाँद जैसी' या गड्ढे वाली सतह लेजर की ऊंचाई-संवेदन प्रणाली को प्रभावित करती है, जिससे फोकल बिंदु फोकस के अंदर और बाहर चला जाता है, जो सीधे कट की गुणवत्ता और स्थिरता को प्रभावित करता है। इसका मुकाबला करने के लिए, उच्च परिशुद्धता लेजर कटिंग के लिए पसंदीदा सामग्री हॉट रोल्ड पिकल्ड और ऑयल्ड (HRP&O) स्टील है। इस प्रक्रिया में, हॉट-रोल्ड कॉइल को हाइड्रोक्लोरिक एसिड स्नान के माध्यम से पारित किया जाता है जो रासायनिक रूप से दृढ़ मिल स्केल को हटा देता है, जिससे एक साफ, चिकनी, समान सतह निकल जाती है जिसे अस्थायी संक्षारण सुरक्षा प्रदान करने के लिए हल्के ढंग से तेल लगाया जाता है।

उद्योग अध्ययनों ने पुष्टि की है कि अचार बनाने से हॉट-रोल्ड स्टील के लेजर कटिंग प्रदर्शन में मौलिक परिवर्तन आ जाता है। सभी मोटाई श्रेणियों में, सामग्री की सतह की गुणवत्ता किसी भी अन्य चर की तुलना में काटने के परिणामों पर अधिक महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है, जिसमें सहायक गैस दबाव या फोकल स्थिति समायोजन शामिल है। स्थिर, उच्च-गुणवत्ता वाले कटों के लिए एक सुसंगत फोकस गहराई प्राथमिक आवश्यकता है; HRP&O स्टील की चिकनी सतह बस यही प्रदान करती है, जो एक विस्तृत प्रक्रिया विंडो और उच्च काटने की गति को सक्षम बनाती है। इसके अलावा, एससीएस (सस्टेनेबल कॉइल सॉल्यूशंस) प्रक्रिया जैसी कुछ उन्नत प्रक्रियाएं एक कदम आगे जाकर एक साफ, सूखी सतह बनाती हैं जो तेल जलाने से उत्पन्न धुएं को खत्म करके काटने की गति को लगभग 20% तक सुधारती है। सटीक अनुप्रयोगों के लिए जो काटने के बाद गारंटीकृत समतलता की मांग करते हैं, लेजर प्लस हॉट-रोल्ड स्ट्रिप उत्पाद जैसे विशेष ग्रेड केवल 3 मिमी प्रति मीटर की अधिकतम समतलता विचलन की गारंटी देते हैं।

लेज़र कटिंग के लिए कॉइल-टू-प्लेट वर्कफ़्लो

एक आधुनिक, कुशल निर्माण वातावरण में, हॉट-रोल्ड कॉइल से कट, तैयार प्लेट तक वर्कफ़्लो अत्यधिक स्वचालित और सुव्यवस्थित है। यह प्रक्रिया अक्सर एक हेवी-गेज कॉइल से शुरू होती है जिसका वजन 30 टन तक हो सकता है, जिसे एक सटीक डिकॉयलर पर लगाया जाता है। स्टील की पट्टी को हेवी-ड्यूटी लेवलर के माध्यम से खिलाया जाता है जो पूरी तरह से सपाट शीट बनाने के लिए 'कॉइल सेट' (घाव पट्टी की प्राकृतिक वक्रता) को हटा देता है। इसके बाद एक सटीक कट-टू-लेंथ कतरनी का उपयोग किया जाता है जो पट्टी को सटीक, प्रोग्राम किए गए आयामों की प्लेटों में काट देता है। इस संपूर्ण इन-लाइन प्रक्रिया की निगरानी और नियंत्रण रेसिपी-संचालित सॉफ़्टवेयर द्वारा किया जा सकता है, जो प्रत्येक उत्पाद चलाने के लिए सही, दोहराए जाने योग्य सेटिंग्स सुनिश्चित करता है। परिणाम एक सपाट, लगातार आकार का रिक्त स्थान है जिसे अगले चरण के लिए अनुकूलित किया गया है: लेजर कटिंग सिस्टम।

तैयार फ्लैट प्लेटों को फिर एक उच्च-शक्ति फाइबर लेजर कटिंग मशीन पर लोड किया जाता है। काटने के पैरामीटर - सबसे महत्वपूर्ण रूप से, ऑक्सीजन सहायता गैस का दबाव, लेजर की फोकल स्थिति (एक संकीर्ण, समानांतर केर्फ़ के लिए मोटी प्लेटों के अंदर गहराई से सेट), और काटने की गति - सभी सीएनसी प्रणाली में प्रोग्राम किए गए हैं। कई उच्च-मात्रा वाले ऑपरेशनों के लिए, प्रक्रिया को सीधे कॉइल से लेजर तक ले जाकर आगे बढ़ाया जाता है। कॉइल-फेड लेजर ब्लैंकिंग सिस्टम में, समतल पट्टी सीधे लेजर कटर के कक्ष में फीड होती है। यह अलग-अलग प्लेट बनाने के अलग-अलग चरण को समाप्त कर देता है, फूस के बदलाव के लिए आवश्यक समय को हटा देता है, और लेजर सिस्टम के कुल उत्पादन समय को लगभग 14% तक बढ़ा सकता है, जो पारंपरिक शीट-फेड सिस्टम की तुलना में प्रति वर्ष लगभग 600 कार्य घंटों की बचत का प्रतिनिधित्व करता है। यह पूरी तरह से एकीकृत वर्कफ़्लो, कच्चे कॉइल से लेकर सटीक लेजर-कट भाग तक, सामग्री के उपयोग को अधिकतम करता है, हैंडलिंग को कम करता है, और आधुनिक स्टील प्रसंस्करण के लिए मानक निर्धारित करता है।