Technische uitdagingen bij het lasersnijden van dikke platen (10 mm+)

Het snijden van stalen platen onder de 10 mm is geen probleem met een lasersnijder. Voor dikkere platen is echter vaak een krachtige laser met een vermogen van meer dan 5kW nodig. Dit resulteert in een aanzienlijke afname van de snijkwaliteit.

De hoge kosten van krachtige laserapparatuur maken de lasersnijden uitvoermodus minder gunstig. Het resultaat is dat traditionele lasersnijden methoden hebben geen voordeel bij het snijden van dikke platen.

De technische uitdagingen bij het snijden van dikke platen met een metaal lasersnijden machine zijn:

Het verbrandingsproces onder de quasi-stationaire toestand is moeilijk vol te houden.

De metalen lasersnijder heeft beperkingen voor de dikte van de platen die tijdens het eigenlijke snijproces kunnen worden gesneden. Dit heeft te maken met de instabiliteit van de verbranding van de ijzeren snijkant.

De temperatuur aan de bovenkant van de spleet moet het ontstekingspunt bereiken om het continue verbrandingsproces in stand te houden. De energie die vrijkomt bij de verbrandingsreactie van ijzeroxide alleen is geen garantie voor de voortzetting van het verbrandingsproces.

Aan de ene kant wordt de snijkanttemperatuur verlaagd door de constante koeling van de zuurstofstroom van de snijmondstuk. Aan de andere kant bedekt de ijzeroxidelaag die na de verbranding wordt gevormd het oppervlak van het werkstuk, waardoor de diffusie van zuurstof wordt geblokkeerd. Wanneer de zuurstofconcentratie tot een bepaald niveau daalt, dooft het verbrandingsproces.

Bij traditioneel lasersnijden met convergente straal richt de laserstraal zich op een klein gebied op het oppervlak. De hoge laser vermogensdichtheid zorgt ervoor dat de oppervlaktetemperatuur van het werkstuk niet alleen in het gebied van de laserstraling het ontstekingspunt bereikt, maar ook in een groter gebied door warmtegeleiding.

De diameter van de zuurstofstroom op het oppervlak van het werkstuk is groter dan de diameter van de laserstraal. laserstraling gebied, maar ook daarbuiten.

Bij het snijden van dikke platen is de snijsnelheid laag. Het oppervlak van het werkstuk verbrandt sneller dan de bewegingssnelheid van de snijkop. Na enige tijd branden dooft het verbrandingsproces door de afname van de zuurstofconcentratie. Wanneer de snijkop naar die positie beweegt, begint de verbrandingsreactie opnieuw.

Het verbrandingsproces van de snijrand vindt periodiek plaats, wat leidt tot temperatuurschommelingen en een slechte kwaliteit van de incisie.

De zuurstofzuiverheid en druk in de plaatdikte richting zijn moeilijk constant te houden.

De afname van de zuurstofzuiverheid speelt ook een cruciale rol bij het bepalen van de snijkwaliteit van dikke platen met een lasersnijder. De zuiverheid van de zuurstofstroom heeft een aanzienlijke invloed op het snijproces.

Een afname van de zuiverheid van de zuurstofstroom met 0,9% leidt tot een afname van 10% in de ijzer-zuurstof verbrandingssnelheid. Een afname van de zuiverheid met 5% leidt tot een afname van de verbrandingssnelheid met 37%. Deze afname van de verbrandingssnelheid vermindert de energie-input in de snijnaad aanzienlijk en vertraagt de snijsnelheid.

Bovendien neemt het ijzergehalte in de vloeibare laag van het snijoppervlak toe, waardoor de viscositeit van de slak toeneemt en het moeilijk wordt om de slak af te voeren. Dit resulteert in een aanzienlijke slakophoping in het onderste deel van de incisie, waardoor de kwaliteit van de incisie onaanvaardbaar wordt.

Om snijstabiliteit te behouden, moet de zuiverheid van de snijzuurstofstroom in de richting van de plaatdikte en druk constant worden gehouden.

Bij traditioneel lasersnijden wordt een conventionele conische straalpijp gebruikt, die geschikt is voor het snijden van dunne platen. Bij het snijden van dikke platen wordt echter een schokgolf gevormd in het stromingsveld van de straalpijp als de toevoerdruk toeneemt. De schokgolf brengt verschillende gevaren met zich mee voor het snijproces, zoals het verminderen van de zuiverheid van de zuurstofstroom en het beïnvloeden van de snijkwaliteit.

Er zijn drie oplossingen voor dit probleem:

(1) Een voorverwarmingsvlam toevoegen rond de snijzuurstofstroom.

(2) Een extra zuurstofstroom rond de snijzuurstofstroom toevoegen.

(3) Redelijk ontwerp van de binnenwanden van de straalpijp om het luchtstromingsveld te verbeteren.