Načelo rezanja z lasersko-kisikovo fuzijo
Lasersko rezanje vroče valjanega jekla običajno uporablja tisto, kar je tehnično znano kot lasersko-kisikovo fuzijsko rezanje ali 'lasersko plamensko hibridno rezanje'. Za razliko od postopkov laserskega uparjanja ali čistega taljenja se lasersko-kisikovo rezanje opira na močno sinergijo med laserskim žarkom in eksotermno kemično reakcijo. Načelo deluje na naslednji način: visokoenergijski laserski žarek (običajno 4 do 6 kW) se osredotoči na površino vroče valjane jeklene plošče in hitro segreje lokalizirano območje na temperaturo vžiga železa (približno 1350 °C). Curek kisika visoke čistosti je usmerjen soaksialno z laserskim žarkom na to pregreto mesto. Ko železo doseže točko vžiga, burno reagira s kisikom v eksotermni oksidacijski reakciji: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + toplota. Pri tem kemičnem zgorevanju se sprosti tri do petkrat več toplotne energije, kot jo prispeva sam laserski žarek. Tako laser deluje kot učinkovit 'vžigalnik' ali 'vžigalnik', ki ga je mogoče zelo nadzorovati, sproži in nato vodi reakcijo vzdolž programirane poti rezanja, medtem ko plin kisik služi dvojnemu namenu, in sicer je sredstvo za izgorevanje in visokotlačni curek, ki izžene nastalo žlindro staljenega železovega oksida iz zareze.
Za debele plošče iz ogljikovega jekla je ta hibridni postopek stroškovno najučinkovitejša in najhitrejša razpoložljiva metoda rezanja. Omogoča rezanje plošč do debeline 200mm z laserjem relativno nizke moči (6kW), saj oksidacijska reakcija zagotavlja preko 80% celotne rezalne energije. Ta učinkovitost odpravlja potrebo po ogromnih, dragih visoko zmogljivih laserjih, ki so pogosto potrebni za debele plošče. Rezultat je čist rez z odlično navpičnostjo, bistveno manj žlindre kot pri plazemskem rezanju in ni potrebe po dolgih časih predgretja (pogosto 2-3 minute), ki so obvezni za tradicionalno rezanje s kisikom.
Priprava vroče valjanega jekla za optimalno lasersko rezanje
Medtem ko je lasersko-kisikov postopek močno orodje za rezanje ogljikovega jekla, je doseganje visokokakovostnega in doslednega rezultata bistveno odvisno od stanja površine surove vroče valjane plošče. Standardno vroče valjano črno jeklo ima značilno luskasto površino, ki še zdaleč ni idealna za laser. Ta 'luni podobna' ali površina s kraterji vpliva na laserjev sistem za zaznavanje višine, zaradi česar se žariščna točka premakne v ostrino in iz nje, kar neposredno vpliva na kakovost in doslednost reza. Da bi se temu izognili, je najprimernejši material za visoko natančno lasersko rezanje vroče valjano luženo in naoljeno (HRP&O) jeklo. V tem procesu se vroče valjana tuljava spusti skozi kopel s klorovodikovo kislino, ki kemično odstrani trdovraten mlinski kamen, pri čemer ostane čista, gladka in enotna površina, ki je nato rahlo naoljena, da zagotovi začasno zaščito pred korozijo.
Industrijske študije so potrdile, da dekapiranje bistveno spremeni učinkovitost laserskega rezanja vroče valjanega jekla. V vseh razponih debeline ima kakovost površine materiala pomembnejši vpliv na rezultate rezanja kot katera koli druga spremenljivka, vključno s tlakom pomožnega plina ali prilagoditvijo položaja žarišča. Dosledna globina ostrenja je glavna zahteva za stabilne, visokokakovostne reze; gladka površina jekla HRP&O zagotavlja prav to, saj omogoča široko procesno okno in visoke hitrosti rezanja. Poleg tega gredo nekateri napredni postopki, kot je postopek SCS (Sustainable Coil Solutions), še korak dlje, saj ustvarjajo čisto, suho površino, ki izboljša hitrost rezanja za približno 20 % z odpravo dima, ki nastane pri gorenju olja. Za natančne aplikacije, ki zahtevajo zajamčeno ravnost po rezanju, specializirani razredi, kot so izdelki za vroče valjane trakove Laser Plus, zagotavljajo največje odstopanje ravnosti le 3 mm na meter.
Potek dela od tuljave do plošče za lasersko rezanje
V sodobnem, učinkovitem okolju izdelave je potek dela od vroče valjane tuljave do razrezane končne plošče zelo avtomatiziran in poenostavljen. Postopek se pogosto začne s tuljavo velikega profila, ki lahko tehta tudi do 30 ton, ki je nameščena na natančni odvijalnik. Jekleni trak se dovaja skozi zmogljiv izravnalnik, ki odpravi 'nabor tuljav' (naravno ukrivljenost navitega traku), da se proizvede popolnoma ravna plošča. Temu sledijo natančne škarje za rezanje na dolžino, ki razrežejo trak na plošče natančnih, programiranih dimenzij. Celoten proces v liniji je mogoče spremljati in nadzirati s programsko opremo, ki temelji na receptih, kar zagotavlja popolne, ponovljive nastavitve za vsako serijo izdelka. Rezultat je ploščat surovec enake velikosti, ki je optimiziran za naslednjo stopnjo: sam sistem laserskega rezanja.
Končane ravne plošče se nato naložijo na visokozmogljiv stroj za lasersko rezanje vlaken. Rezalni parametri – kar je najbolj kritično, tlak pomožnega kisikovega plina, žariščni položaj laserja (nastavljen globoko v debele plošče za ozko, vzporedno zarezo) in rezalna hitrost – so programirani v sistemu CNC. Pri mnogih operacijah z velikim obsegom se postopek še izboljša s prehodom neposredno s tuljave na laser. Pri laserskih sistemih za zapiranje z navitjem se poravnani trak dovaja neposredno v komoro laserskega rezalnika. To odpravlja ločen korak ustvarjanja ločenih plošč, odstrani čas, potreben za zamenjavo palete, in lahko poveča skupni proizvodni čas laserskega sistema za približno 14 %, kar predstavlja prihranek približno 600 delovnih ur na leto v primerjavi s tradicionalnimi sistemi s podajanjem listov. Ta popolnoma integriran potek dela, od surovega zvitka do natančnega lasersko rezanega dela, poveča izkoristek materiala, zmanjša rokovanje in postavlja standard za sodobno obdelavo jekla.
