Princip lasersko-kisičnog rezanja fuzijom
Lasersko rezanje vruće valjanog čelika obično koristi ono što je tehnički poznato kao rezanje fuzijom lasera i kisika ili 'hibridno rezanje laserskim plamenom'. Za razliku od procesa laserske vaporizacije ili čistog taljenja, rezanje laserom i kisikom oslanja se na moćnu sinergiju između laserske zrake i egzotermne kemijske reakcije. Princip funkcionira na sljedeći način: visokoenergetska vlaknasta laserska zraka (obično 4 do 6 kW) fokusira se na površinu vruće valjane čelične ploče, brzo zagrijavajući lokalizirano područje do temperature paljenja željeza (približno 1350°C). Mlaz kisika visoke čistoće usmjerava se koaksijalno s laserskom zrakom na ovo pregrijano mjesto. Jednom kad željezo dosegne točku paljenja, burno reagira s kisikom u egzotermnoj reakciji oksidacije: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + toplina. Ovo kemijsko izgaranje oslobađa tri do pet puta više toplinske energije nego što doprinosi sama laserska zraka. Prema tome, laser djeluje kao učinkovit 'upaljač' ili 'upaljač' koji se može visoko kontrolirati, inicira i zatim vodi reakciju duž programirane putanje rezanja, dok plin kisik služi dvostrukoj svrsi, a to je sredstvo za izgaranje i mlaz pod visokim pritiskom koji izbacuje rezultirajuću trosku rastaljenog željeznog oksida iz reznog zareza.
Za debele ploče od ugljičnog čelika, ovaj hibridni postupak je najisplativija i najbrža dostupna metoda rezanja. Omogućuje rezanje ploča debljine do 200mm laserom relativno male snage (6kW) jer reakcija oksidacije daje preko 80% ukupne energije rezanja. Ova učinkovitost eliminira potrebu za masivnim, skupim laserima velike snage koji su često potrebni za debele ploče. Rezultat je čist rez s izvrsnom okomitošću, znatno manje troske od rezanja plazmom i nema potrebe za dugim vremenima predgrijavanja (često 2-3 minute) koja su obvezna za tradicionalno rezanje kisikom.
Priprema vruće valjanog čelika za optimalno rezanje laserom
Dok je lasersko-kisični postupak moćan alat za rezanje ugljičnog čelika, postizanje visokokvalitetnog, dosljednog rezultata u velikoj mjeri ovisi o površinskom stanju sirove vruće valjane ploče. Standardni vruće valjani crni čelik ima karakterističnu ljuskastu površinu koja je daleko od idealne za laser. Ova 'mjesečeva' ili površina s kraterima utječe na laserski sustav senzora visine, uzrokujući pomicanje žarišne točke unutar i izvan fokusa, što izravno utječe na kvalitetu rezanja i dosljednost. Kako bi se to spriječilo, preferirani materijal za lasersko rezanje visoke preciznosti je vruće valjani čelik nauljen i nauljen (HRP&O). U ovom procesu, vruće valjani svitak prolazi kroz kupelj klorovodične kiseline koja kemijski uklanja žilavi kamenac, ostavljajući čistu, glatku, ujednačenu površinu koja je zatim lagano nauljena kako bi se osigurala privremena zaštita od korozije.
Industrijske studije su potvrdile da luženje iz temelja mijenja učinak laserskog rezanja toplovaljanog čelika. U svim rasponima debljina, kvaliteta površine materijala ima značajniji utjecaj na rezultate rezanja od bilo koje druge varijable, uključujući tlak pomoćnog plina ili podešavanje položaja žarišta. Dosljedna dubina fokusa primarni je zahtjev za stabilne rezove visoke kvalitete; glatka površina HRP&O čelika pruža upravo to, omogućavajući širok procesni prozor i velike brzine rezanja. Osim toga, neki napredni procesi poput SCS (Sustainable Coil Solutions) procesa idu korak dalje, stvarajući čistu, suhu površinu koja poboljšava brzine rezanja za otprilike 20% eliminirajući dim koji nastaje izgaranjem ulja. Za precizne primjene koje zahtijevaju zajamčenu ravnost nakon rezanja, specijalizirane vrste kao što su Laser Plus toplo valjane trake jamče maksimalno odstupanje ravnosti od samo 3 mm po metru.
Tijek rada od zavojnice do ploče za lasersko rezanje
U modernom, učinkovitom proizvodnom okruženju, tijek rada od vruće valjane zavojnice do izrezane, gotove ploče visoko je automatiziran i pojednostavljen. Proces često počinje s velikom zavojnicom koja može težiti i do 30 tona, koja je montirana na precizni odmotavač. Čelična traka se uvlači kroz robusnu ravnalicu koja eliminira 'zavojnicu' (prirodnu zakrivljenost namotane trake) kako bi se proizveo savršeno ravan list. Nakon toga slijede precizne škare za rezanje na duljinu koje sijeku traku na ploče točnih, programiranih dimenzija. Cijeli ovaj linijski proces može se nadzirati i kontrolirati softverom koji se temelji na receptima, osiguravajući savršene postavke koje se mogu ponavljati za svaki proizvod. Rezultat je ravna izrada dosljedne veličine koja je optimizirana za sljedeću fazu: sam sustav laserskog rezanja.
Gotove ravne ploče se zatim učitavaju u stroj za lasersko rezanje vlakana velike snage. Parametri rezanja - što je najvažnije, tlak pomoćnog kisika, žarišni položaj lasera (postavljen duboko unutar debelih ploča za uski, paralelni rez) i brzina rezanja - svi su programirani u CNC sustavu. Za mnoge operacije velikog volumena, proces je dodatno unaprijeđen prelaskom izravno sa zavojnice na laser. U sustavima za lasersko zatvaranje s napajanjem zavojnicama, izravnana traka ulazi izravno u komoru laserskog rezača. Ovo eliminira odvojeni korak stvaranja diskretnih ploča, uklanja vrijeme potrebno za promjenu palete i može povećati ukupno vrijeme proizvodnje laserskog sustava za približno 14%, što predstavlja uštedu od oko 600 radnih sati godišnje u usporedbi s tradicionalnim sustavima s uvlačenjem papira. Ovaj potpuno integrirani tijek rada, od sirove zavojnice do preciznog laserski izrezanog dijela, maksimalno povećava iskoristivost materijala, smanjuje rukovanje i postavlja standard za modernu obradu čelika.
