Zasada cięcia laserowo-tlenowego
Cięcie laserowe stali walcowanej na gorąco zazwyczaj wykorzystuje tak zwane cięcie laserowo-tlenowe lub „hybrydowe cięcie laserowe płomieniem”. W przeciwieństwie do procesów odparowywania laserowego lub czystego topienia, cięcie laserowo-tlenowe opiera się na silnej synergii pomiędzy wiązką lasera i egzotermiczną reakcją chemiczną. Zasada działania jest następująca: wiązka lasera światłowodowego o wysokiej energii (zwykle od 4 do 6 kW) skupia się na powierzchni walcowanej na gorąco blachy stalowej, szybko nagrzewając wybrany obszar do temperatury zapłonu żelaza (około 1350°C). Strumień tlenu o wysokiej czystości jest kierowany współosiowo z wiązką lasera na to przegrzane miejsce. Gdy żelazo osiągnie punkt zapłonu, gwałtownie reaguje z tlenem w egzotermicznej reakcji utleniania: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + ciepło. To spalanie chemiczne uwalnia od trzech do pięciu razy więcej energii cieplnej niż sama wiązka lasera. W ten sposób laser działa jak wydajna, wysoce kontrolowana „zapalniczka” lub „zapalnik”, inicjując, a następnie kierując reakcję wzdłuż zaprogramowanej ścieżki cięcia, podczas gdy gazowy tlen służy podwójnemu celowi: jest czynnikiem spalania i strumieniem pod wysokim ciśnieniem, który usuwa powstały żużel stopionego tlenku żelaza z nacięcia.
W przypadku grubych blach ze stali węglowej ten proces hybrydowy jest najbardziej opłacalną i najszybszą dostępną metodą cięcia. Umożliwia cięcie blach o grubości do 200mm przy użyciu lasera o stosunkowo małej mocy (6kW), gdyż reakcja utleniania dostarcza ponad 80% całkowitej energii cięcia. Ta wydajność eliminuje potrzebę stosowania masywnych, drogich laserów o dużej mocy, często wymaganych w przypadku grubych płyt. Rezultatem jest czyste cięcie o doskonałej pionowości, znacznie mniej żużla niż w przypadku cięcia plazmowego i brak konieczności stosowania długich czasów nagrzewania wstępnego (często 2-3 minuty), które są obowiązkowe w przypadku tradycyjnego cięcia tlenowo-paliwowego.
Przygotowanie stali walcowanej na gorąco do optymalnego cięcia laserowego
Chociaż proces laserowo-tlenowy jest potężnym narzędziem do cięcia stali węglowej, osiągnięcie spójnego wyniku o wysokiej jakości zależy w decydującym stopniu od stanu powierzchni surowej blachy walcowanej na gorąco. Standardowa stal walcowana na gorąco w kolorze czarnym ma charakterystyczną łuskowatą powierzchnię, która jest daleka od idealnej dla lasera. Ta „księżycowa” lub pokryta kraterami powierzchnia wpływa na system wykrywania wysokości lasera, powodując zmianę ostrości punktu ogniskowego, co bezpośrednio wpływa na jakość i spójność cięcia. Aby temu przeciwdziałać, preferowanym materiałem do precyzyjnego cięcia laserowego jest walcowana na gorąco, trawiona i olejowana (HRP&O) . stal W tym procesie walcowana na gorąco cewka przechodzi przez kąpiel kwasu solnego, która chemicznie usuwa uporczywą zgorzelinę walcowniczą, pozostawiając czystą, gładką, jednolitą powierzchnię, która następnie jest lekko natłuszczana w celu zapewnienia tymczasowej ochrony przed korozją.
Badania branżowe potwierdziły, że wytrawianie zasadniczo zmienia wydajność cięcia laserowego stali walcowanej na gorąco. We wszystkich zakresach grubości jakość powierzchni materiału ma większy wpływ na wyniki cięcia niż jakakolwiek inna zmienna, w tym ciśnienie gazu wspomagającego lub regulacja położenia ogniska. Stała głębokość ogniskowania jest głównym wymogiem stabilnych cięć o wysokiej jakości; gładka powierzchnia stali HRP&O właśnie to zapewnia, umożliwiając szerokie okno technologiczne i duże prędkości skrawania. Ponadto niektóre zaawansowane procesy, takie jak proces SCS (Sustainable Coil Solutions), idą o krok dalej, tworząc czystą, suchą powierzchnię, która poprawia prędkość skrawania o około 20% poprzez eliminację dymu powstającego podczas spalania oleju. W przypadku zastosowań precyzyjnych, które wymagają gwarantowanej płaskości po cięciu, specjalistyczne gatunki, takie jak taśmy walcowane na gorąco Laser Plus, gwarantują maksymalne odchylenie płaskości wynoszące zaledwie 3 mm na metr.
Przebieg pracy od cewki do płyty przy cięciu laserowym
W nowoczesnym, wydajnym środowisku produkcyjnym przepływ pracy od walcowania na gorąco zwoju do wycinanej, wykończonej blachy jest wysoce zautomatyzowany i usprawniony. Proces często rozpoczyna się od zwoju o dużej grubości, który może ważyć do 30 ton, zamontowanego na precyzyjnym rozwijaczu. Taśma stalowa jest podawana przez wytrzymałą prostownicę, która eliminuje „zestaw zwojów” (naturalną krzywiznę nawiniętej taśmy), tworząc idealnie płaski arkusz. Następnie następuje precyzyjne cięcie na długość, które przecina taśmę na płyty o dokładnych, zaprogramowanych wymiarach. Cały ten proces in-line można monitorować i kontrolować za pomocą oprogramowania opartego na recepturach, zapewniając doskonałe, powtarzalne ustawienia dla każdej serii produktu. Rezultatem jest płaski półfabrykat o stałych rozmiarach, zoptymalizowany pod kątem następnego etapu: samego systemu cięcia laserowego.
Gotowe płaskie płyty są następnie ładowane na maszynę do cięcia laserem światłowodowym dużej mocy. Parametry cięcia – co najważniejsze, ciśnienie gazu wspomagającego tlen, położenie ogniska lasera (ustawione głęboko w grubych płytach w celu uzyskania wąskiego, równoległego nacięcia) i prędkość cięcia – są programowane w systemie CNC. W przypadku wielu operacji o dużej objętości proces jest dalej zaawansowany poprzez przejście bezpośrednio z cewki do lasera. W systemach wykrawania laserowego zasilanych cewką, wyrównana taśma jest podawana bezpośrednio do komory wycinarki laserowej. Eliminuje to oddzielny etap tworzenia dyskretnych płyt, eliminuje czas potrzebny na zmianę palet i może wydłużyć całkowity czas produkcji systemu laserowego o około 14%, co stanowi oszczędność około 600 godzin pracy rocznie w porównaniu z tradycyjnymi systemami zasilanymi arkuszami. Ten w pełni zintegrowany przepływ pracy, od surowej cewki po precyzyjną część wycinaną laserem, maksymalizuje wykorzystanie materiału, minimalizuje obsługę i wyznacza standardy w nowoczesnej obróbce stali.
