Desafios técnicos no corte por laser de chapas grossas (10 mm+)

O corte de chapas de aço com menos de 10 mm não constitui um problema para um cortador a laser. No entanto, para chapas mais grossas, é frequentemente necessário um laser de alta potência com uma potência superior a 5 kW. Isto resulta numa diminuição significativa da qualidade do corte.

O elevado custo do equipamento laser de alta potência torna o corte a laser modo de produção menos favorável. Como resultado, os corte a laser Os métodos não têm vantagem no corte de chapas grossas.

Os desafios técnicos no corte de chapas grossas com um corte laser de metais máquina são:

O processo de combustão no estado quase-estacionário é difícil de manter.

O cortador de metal a laser tem limitações quanto à espessura das chapas que podem ser cortadas durante o processo de corte propriamente dito. Este facto está relacionado com a instabilidade da combustão da aresta de corte do ferro.

A temperatura no topo da fenda deve atingir o ponto de ignição para manter o processo de combustão contínuo. A energia libertada pela reação de combustão do óxido de ferro, por si só, não garante a continuação do processo de combustão.

Por um lado, a temperatura da aresta de corte é reduzida pelo arrefecimento constante do fluxo de oxigénio do bocal de corte. Por outro lado, a camada de óxido de ferro formada após a combustão cobre a superfície da peça de trabalho, bloqueando a difusão do oxigénio. Quando a concentração de oxigénio diminui até um determinado nível, o processo de combustão extingue-se.

No corte a laser de feixe convergente tradicional, o feixe de laser incide numa pequena área da superfície. A alta densidade de potência laser faz com que a temperatura da superfície da peça de trabalho atinja o ponto de ignição não só na área de radiação laser, mas também numa área mais vasta devido à condução de calor.

O diâmetro do fluxo de oxigénio na superfície da peça de trabalho é maior do que o diâmetro do feixe de laser, resultando numa forte reação de combustão não só na radiação laser mas também fora dela.

Ao cortar chapas grossas, a velocidade de corte é lenta. A superfície da peça de trabalho está a arder mais rapidamente do que a velocidade de movimento da cabeça de corte. Depois de queimar durante algum tempo, o processo de combustão é extinto devido à diminuição da concentração de oxigénio. Quando a cabeça de corte se desloca para essa posição, a reação de combustão recomeça.

O processo de queima da aresta de corte ocorre periodicamente, levando a flutuações de temperatura e a uma má qualidade da incisão.

A pureza e a pressão do oxigénio na direção da espessura da placa são difíceis de manter constantemente.

A diminuição da pureza do oxigénio também desempenha um papel crucial na determinação da qualidade de corte de chapas grossas utilizando um cortador a laser. A pureza do fluxo de oxigénio tem um impacto significativo no processo de corte.

Uma diminuição da pureza do fluxo de oxigénio em 0,9% leva a uma diminuição de 10% na taxa de combustão ferro-oxigénio. Uma diminuição da pureza em 5% resulta numa diminuição de 37% na taxa de combustão. Esta diminuição da taxa de combustão reduz consideravelmente a entrada de energia na costura de corte e diminui a velocidade de corte.

Além disso, o teor de ferro na camada líquida da superfície de corte aumenta, fazendo com que a viscosidade da escória aumente e dificultando a descarga da escória. Isto resulta numa acumulação significativa de escória na parte inferior da incisão, tornando a qualidade da incisão inaceitável.

Para manter a estabilidade do corte, a pureza do fluxo de oxigénio de corte na direção da espessura da placa e da pressão deve ser mantida constante.

No corte a laser tradicional, é utilizado um bocal cónico convencional, que é adequado para cortar chapas finas. No entanto, quando se cortam chapas grossas, forma-se uma onda de choque no campo de fluxo do bocal à medida que a pressão de alimentação aumenta. A onda de choque apresenta vários riscos para o processo de corte, tais como a redução da pureza do fluxo de oxigénio e a afetação da qualidade da incisão.

Há três soluções para este problema:

(1) Acrescentar uma chama de pré-aquecimento à volta do fluxo de oxigénio de corte.

(2) Adição de um fluxo de oxigénio auxiliar em torno do fluxo de oxigénio de corte.

(3) Conceção razoável das paredes internas do bocal para melhorar o campo de fluxo de ar.