Princíp laserovo-kyslíkového fúzneho rezania
Laserové rezanie ocele valcovanej za tepla zvyčajne využíva to, čo je technicky známe ako rezanie laserovo-kyslíkovou fúziou alebo 'hybridné rezanie laserovým plameňom'. Na rozdiel od procesu odparovania laserom alebo čistého tavenia sa rezanie laserom a kyslíkom spolieha na silnú synergiu medzi laserovým lúčom a exotermickou chemickou reakciou. Princíp funguje nasledovne: vysokoenergetický vláknový laserový lúč (zvyčajne 4 až 6 kW) sa sústreďuje na povrch oceľového plechu valcovaného za tepla a rýchlo ohrieva lokalizovanú oblasť na teplotu vznietenia železa (približne 1 350 °C). Prúd vysoko čistého kyslíka je nasmerovaný koaxiálne s laserovým lúčom na toto prehriate miesto. Keď železo dosiahne bod vznietenia, prudko reaguje s kyslíkom v exotermickej oxidačnej reakcii: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + teplo. Toto chemické spaľovanie uvoľňuje tri až päťkrát viac tepelnej energie, ako prispieva samotný laserový lúč. Laser teda pôsobí ako účinný, vysoko kontrolovateľný 'zapaľovač' alebo 'zapaľovač', ktorý iniciuje a potom vedie reakciu pozdĺž naprogramovanej dráhy rezu, zatiaľ čo plynný kyslík slúži na dvojaký účel, a to ako spaľovacie činidlo a vysokotlakový prúd, ktorý vytláča výslednú roztavenú trosku oxidu železa z reznej drážky.
Pre hrubé platne z uhlíkovej ocele je tento hybridný proces cenovo najefektívnejší a najrýchlejší dostupný spôsob rezania. Umožňuje rezanie plechov do hrúbky 200 mm pomocou lasera s relatívne nízkym výkonom (6 kW), pretože oxidačná reakcia poskytuje viac ako 80 % celkovej reznej energie. Táto účinnosť eliminuje potrebu masívnych, drahých vysokovýkonných laserov, ktoré sú často potrebné pre hrubé plechy. Výsledkom je čistý rez s vynikajúcou zvislosťou, výrazne menej trosky ako pri plazmovom rezaní a nie sú potrebné dlhé časy predhrievania (často 2-3 minúty), ktoré sú povinné pre tradičné kyslíkovo-palivové rezanie.
Príprava ocele valcovanej za tepla na optimálne rezanie laserom
Zatiaľ čo proces laser-kyslík je výkonným nástrojom na rezanie uhlíkovej ocele, dosiahnutie vysokokvalitného a konzistentného výsledku kriticky závisí od stavu povrchu surového plechu valcovaného za tepla. Štandardná čierna oceľ valcovaná za tepla má charakteristický šupinatý povrch, ktorý zďaleka nie je ideálny pre laser. Tento 'mesiac' alebo kráterovitý povrch ovplyvňuje laserový systém snímania výšky, čo spôsobuje, že ohnisko sa posúva a rozostruje, čo priamo ovplyvňuje kvalitu a konzistenciu rezu. Aby sa tomu zabránilo, uprednostňovaným materiálom na vysoko presné rezanie laserom je valcovaná za tepla, morená a olejovaná (HRP&O) . oceľ V tomto procese za tepla valcovaný zvitok prechádza cez kúpeľ s kyselinou chlorovodíkovou, ktorý chemicky odstraňuje húževnaté okoviny a zanecháva čistý, hladký, jednotný povrch, ktorý sa potom jemne naolejuje, aby sa zabezpečila dočasná ochrana proti korózii.
Priemyselné štúdie potvrdili, že morenie zásadne mení výkon laserového rezania ocele valcovanej za tepla. Naprieč všetkými rozsahmi hrúbok má kvalita povrchu materiálu výraznejší vplyv na výsledky rezania ako ktorákoľvek iná premenná, vrátane pomocného tlaku plynu alebo nastavenia ohniskovej polohy. Konzistentná hĺbka ostrosti je primárnou požiadavkou pre stabilné a vysokokvalitné rezy; hladký povrch ocele HRP&O poskytuje práve to, čo umožňuje široké procesné okno a vysoké rezné rýchlosti. Okrem toho niektoré pokročilé procesy, ako je proces SCS (Sustainable Coil Solutions), idú ešte o krok ďalej a vytvárajú čistý a suchý povrch, ktorý zlepšuje rýchlosť rezania približne o 20 % odstránením dymu vznikajúceho pri spaľovaní oleja. Pre presné aplikácie, ktoré vyžadujú zaručenú rovinnosť po rezaní, zaručujú špecializované triedy, ako sú pásové výrobky valcované za tepla Laser Plus, maximálnu odchýlku rovinnosti iba 3 mm na meter.
Pracovný postup od cievky po dosku pre rezanie laserom
V modernom, efektívnom výrobnom prostredí je pracovný tok od zvitku valcovaného za tepla po rezaný hotový plech vysoko automatizovaný a efektívny. Proces sa často začína zvitkom s ťažkým rozchodom, ktorý môže vážiť až 30 ton, ktorý je namontovaný na presnom odvíjacom zariadení. Oceľový pás je vedený cez vysokovýkonný vyrovnávač, ktorý eliminuje 'súpravu cievok' (prirodzené zakrivenie navinutého pásu), aby sa vytvoril dokonale plochý plech. Potom nasleduje presné strihanie na dĺžku, ktoré rozreže pás na dosky presných, naprogramovaných rozmerov. Celý tento in-line proces môže byť monitorovaný a riadený softvérom riadeným receptúrou, ktorý zaisťuje dokonalé, opakovateľné nastavenia pre každý chod produktu. Výsledkom je plochý polotovar s konzistentnou veľkosťou, ktorý je optimalizovaný pre ďalšiu fázu: samotný laserový rezací systém.
Hotové ploché dosky sa potom vložia do vysokovýkonného vláknového laserového rezacieho stroja. Parametre rezu – čo je najdôležitejšie, tlak plynu asistovaného kyslíkom, ohnisková poloha lasera (nastavená hlboko vo vnútri hrubých dosiek pre úzky, paralelný rez) a rýchlosť rezania – všetky sú naprogramované v CNC systéme. Pri mnohých veľkoobjemových operáciách sa proces ďalej posúva priamo z cievky do lasera. V systémoch laserového zatemňovania s cievkou sa vyrovnaný pás podáva priamo do komory laserovej rezačky. To eliminuje samostatný krok vytvárania diskrétnych dosiek, odstraňuje čas potrebný na výmenu paliet a môže zvýšiť celkový čas výroby laserového systému približne o 14 %, čo predstavuje úsporu asi 600 pracovných hodín ročne v porovnaní s tradičnými hárkovými systémami. Tento plne integrovaný pracovný postup, od surového zvitku až po presné laserom rezané diely, maximalizuje využitie materiálu, minimalizuje manipuláciu a nastavuje štandard pre moderné spracovanie ocele.
