Principiul tăierii prin fuziune laser-oxigen
Tăierea cu laser a oțelului laminat la cald utilizează de obicei ceea ce este cunoscut din punct de vedere tehnic ca tăiere prin fuziune cu laser-oxigen sau „tăiere hibridă cu flacără laser”. Spre deosebire de vaporizarea cu laser sau procesele de topire pură, tăierea cu laser-oxigen se bazează pe o sinergie puternică între fasciculul laser și o reacție chimică exotermă. Principiul funcționează după cum urmează: un fascicul laser cu fibre de înaltă energie (de obicei 4 până la 6 kW) se concentrează pe suprafața plăcii de oțel laminate la cald, încălzind rapid o zonă localizată la temperatura de aprindere a fierului (aproximativ 1.350°C). Un jet de oxigen de înaltă puritate este îndreptat coaxial cu fasciculul laser către acest punct supraîncălzit. Odată ce fierul ajunge la punctul de aprindere, reacționează violent cu oxigenul într-o reacție de oxidare exotermă: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + căldură. Această ardere chimică eliberează de trei până la cinci ori mai multă energie termică decât contribuie fasciculul laser în sine. Astfel, laserul acționează ca o „brichetă” sau „aprindere” eficient, extrem de controlabil, inițiind și apoi ghidând reacția de-a lungul traseului de tăiere programat, în timp ce gazul de oxigen servește dublu scop de a fi agentul de ardere și un jet de înaltă presiune care expulză zgura de oxid de fier topit rezultată din zgura tăiată.
Pentru plăcile groase de oțel carbon, acest proces hibrid este cea mai rentabilă și cea mai rapidă metodă de tăiere disponibilă. Permite tăierea plăcilor cu grosimea de până la 200 mm folosind un laser de putere relativ scăzută (6kW), deoarece reacția de oxidare asigură peste 80% din energia totală de tăiere. Această eficiență elimină necesitatea unor lasere masive și costisitoare de mare putere, adesea necesare pentru plăcile groase. Rezultatul este o tăiere curată, cu o verticalitate excelentă, mult mai puțină zgură decât tăierea cu plasmă și nu este nevoie de timpii lungi de preîncălzire (adesea 2-3 minute) care sunt obligatorii pentru tăierea oxicombustibil tradițională.
Pregătirea oțelului laminat la cald pentru tăierea optimă cu laser
În timp ce procesul cu laser-oxigen este un instrument puternic pentru tăierea oțelului carbon, obținerea unui rezultat consistent și de înaltă calitate depinde în mod critic de starea suprafeței plăcii brute laminate la cald. Oțelul negru laminat la cald standard are o suprafață solzoasă caracteristică, care este departe de a fi ideală pentru un laser. Această suprafață „asemănătoare lunii” sau craterată afectează sistemul de detectare a înălțimii laserului, determinând ca punctul focal să se deplaseze în interior și să nu fie focalizat, ceea ce afectează direct calitatea și consistența tăierii. Pentru a contracara acest lucru, materialul preferat pentru tăierea cu laser de înaltă precizie este oțelul murat și uleiat laminat la cald (HRP&O) . În acest proces, bobina laminată la cald este trecută printr-o baie de acid clorhidric care îndepărtează chimic soldul tenace al morii, lăsând o suprafață curată, netedă, uniformă, care este apoi ușor unsă cu ulei pentru a oferi protecție temporară împotriva coroziunii.
Studiile din industrie au confirmat că decaparea transformă fundamental performanța de tăiere cu laser a oțelului laminat la cald. În toate intervalele de grosimi, calitatea suprafeței materialului are un impact mai semnificativ asupra rezultatelor tăierii decât orice altă variabilă, inclusiv presiunea gazului de asistență sau reglarea poziției focale. O adâncime constantă de focalizare este cerința principală pentru tăieturi stabile, de înaltă calitate; suprafața netedă a oțelului HRP&O oferă exact asta, permițând o fereastră largă de proces și viteze mari de tăiere. În plus, unele procese avansate precum procesul SCS (Sustainable Coil Solutions) merg mai departe, creând o suprafață curată și uscată care îmbunătățește viteza de tăiere cu aproximativ 20% prin eliminarea fumului generat de arderea uleiului. Pentru aplicațiile de precizie care necesită planeitate garantată după tăiere, clasele specializate precum produsele de benzi laminate la cald Laser Plus garantează o abatere maximă a planeității de numai 3 mm pe metru.
Fluxul de lucru de la bobină la placă pentru tăierea cu laser
Într-un mediu de fabricație modern și eficient, fluxul de lucru de la bobina laminată la cald până la o placă tăiată și finisată este extrem de automatizat și simplificat. Procesul începe adesea cu o bobină de grosime care poate cântări până la 30 de tone, care este montată pe un derulator de precizie. Banda de oțel este alimentată printr-un nivelator rezistent care elimină „setul bobinei” (curbura naturală a benzii înfăşurate) pentru a produce o foaie perfect plană. Aceasta este urmată de o tăietură de precizie la lungime care taie banda în plăci de dimensiuni exacte, programate. Întregul proces în linie poate fi monitorizat și controlat de un software bazat pe rețete, asigurând setări perfecte și repetabile pentru fiecare rulare a produsului. Rezultatul este un semifabricat plat, de dimensiuni constante, care este optimizat pentru următoarea etapă: sistemul de tăiere cu laser în sine.
Plăcile plate finite sunt apoi încărcate pe o mașină de tăiat cu laser cu fibre de mare putere. Parametrii de tăiere – cel mai important, presiunea gazului de asistență cu oxigen, poziția focală a laserului (setat adânc în interiorul plăcilor groase pentru o tăietură îngustă, paralelă) și viteza de tăiere – sunt toate programate în sistemul CNC. Pentru multe operațiuni cu volum mare, procesul este avansat prin trecerea direct de la bobină la laser. În sistemele de tăiere cu laser alimentate cu bobine, banda nivelată se alimentează direct în camera tăietorului cu laser. Acest lucru elimină pasul separat de creare a plăcilor discrete, elimină timpul necesar pentru schimbarea paleților și poate crește timpul total de producție al sistemului laser cu aproximativ 14%, reprezentând o economie de aproximativ 600 de ore de lucru pe an în comparație cu sistemele tradiționale de alimentare cu foi. Acest flux de lucru complet integrat, de la bobina brută până la piesa tăiată cu laser de precizie, maximizează utilizarea materialului, minimizează manipularea și stabilește standardul pentru prelucrarea modernă a oțelului.
