Hochenergiestrahlschneiden von Metallen: 2 Prozesse

Dieser Artikel beleuchtet die zwei Hauptprozesse, die beim Hochenergiestrahlschneiden von Metallen zum Einsatz kommen. Die Prozesse sind: 1. Elektronenstrahlschneiden 2. Laserstrahlschneiden.

Prozess Nr. 1. Elektronenstrahlschneiden:

Bei diesem Vorgang wird ein Elektronenstrahl (EB) von Elektronen mit hoher Geschwindigkeit auf das zu schneidende Werkstück auftreffen gelassen. Das Setup ist das gleiche wie beim Elektronenstrahlschweißen (EBW), jedoch ist der zum Schneiden erforderliche Wärmeeintrag höher.

Der Elektronenstrahl erzeugt Wärme im Werkstück, wodurch das Material verdampft und der Strahl durch Schlüssellochtechnik tiefer eindringen kann. Die Eindringtiefe hängt von der Stärke des Strahls ab. Während bei EBW das Metall um das Schlüsselloch fließt und sich dahinter füllt, wird beim Schneiden der Wärmeeintrag erhöht, so dass das Schlüsselloch nicht geschlossen wird.

Alle Metalle, die mit dem EBW-Verfahren geschweißt werden können, können auch mit diesem Verfahren geschnitten werden. Die Qualität des Reifens schneidet im Vergleich zur Schnittqualität beim Autogenschneiden mit Acetylen ab. Abhängig von der Manövrierbarkeit der Arbeit oder der Elektronenstrahlkanone kann jede gewünschte Form geschnitten werden.

Das EB-Verfahren kann mit Vorteil zum Schneiden reaktiver Metalle wie Zirkonium, Titan usw. verwendet werden. Da jedoch während des Schneidvorgangs eine große Menge an Metalldämpfen erzeugt wird und das geschmolzene Metall aus dem Schnitt in der Vakuumkammer fällt, birgt es erhebliche Schwierigkeiten effiziente Abwicklung des Prozesses. Außerdem sind die Ausrüstungskosten sehr hoch. Sofern der Prozess nicht unvermeidbar ist, wird er durch Laserstrahlschneiden ersetzt.

Prozess # 2. Laserstrahlschneiden:

Laserstrahlschneiden ist ein thermischer Schneidprozess, bei dem ein konzentrierter kohärenter Lichtstrahl zum Abschmelzen des Materials verwendet wird, wo ein Schneiden erforderlich ist. Das verwendete Gerät ist das gleiche wie beim Laserstrahlschweißen. Das Verfahren kann mit oder ohne extern zugeführtes Gas verwendet werden; Wenn Sauerstoff verwendet wird, kann der Schnitt in einigen Metallen aufgrund der zusätzlichen Wärme, die durch die exotherme Reaktion erzeugt wird, schneller gemacht werden.

Neben Sauerstoff kann eine Vielzahl anderer Hilfsgase wie Druckluft, Helium, Argon, Kohlendioxid und Stickstoff wirksam verwendet werden. Die mit Inertgas erhaltenen Schnitte weisen saubere, nicht oxidierte Kanten auf, können jedoch erstarrtes hartnäckiges Metall aufweisen, das am Boden der geschnittenen Stücke haftet. Beim sauerstoffunterstützten Schneiden ist das Material, das so festgeklebt ist, hauptsächlich Schlacke, die aufgrund ihrer Sprödigkeit leicht abzulösen ist.

Das Laserschneiden erfordert die Verwendung eines Laserstrahls mit kontinuierlicher Welle (CW). Wenn mit einem CW-Laser keine ausreichende Energiedichte erreicht wird, wird sie häufig mit einem Hochgeschwindigkeitsgasstrahl verstärkt. Im Allgemeinen reicht der CW-Laser mit bis zu 1 KW Leistung und 10% Wirkungsgrad aus, um dünne Metalle zu schneiden. Um dickere Profile zu schneiden, z. B. 54 mm starker Stahl, ist ein Balken von 6 KW erforderlich, wie in Tabelle 19.9 gezeigt.

Der Hauptvorteil des Laserstrahlschneidens besteht darin, dass es in der normalen Atmosphäre oder im Vakuum gleichermaßen verwendet werden kann. Der Strahl kann mit optischen Systemen über große Entfernungen transportiert werden, so dass der Strahlerzeuger von der Arbeitsstation ferngehalten werden kann, wodurch der Strahl an Orten mit eingeschränkter Zugänglichkeit verwendet werden kann. Es bietet eine sehr hohe Wärmedichte und erfordert nicht, dass das Werkstück Teil des elektrischen Systems ist. Das Laserstrahlschneiden ist jedoch im Vergleich zum Autogengasschneiden teuer, und das Laserstrahlschneiden ist bisher auf dünne Materialien beschränkt.

Neben Metallen wird Laserstrahl erfolgreich zum Schneiden von Kunststoffen, synthetischen Holzgeweben und Keramiken eingesetzt. Der Laserstrahl wird hauptsächlich zum Schneiden von Schichtholz und Pressholz in der holzverarbeitenden Industrie verwendet. Es wurde auch effizient zum Schneiden von Stoff zur Herstellung von Kleidung in großem Maßstab verwendet. Es wird erwartet, dass die Möglichkeiten des Laserstrahlschneidens voll ausgeschöpft werden, sobald Lasergeneratoren zu vernünftigen Kosten leichter verfügbar sind.