Способ газолазерной резки

Изобретение относится к технологии лазерной резки материала, а более конкретно - к технологии гаэолазерной резки.Известен способ лазерной резки, при котором на поверхность разрезаемого материала воздействуют сфокусированным лазерным лучом, Резку при этом осуществляют путем пробивки ряда отверстий.Известен способ газолазерной резки, при котором на поверхность разрезаемого материала воздействуют сфокусированным лазерным лучом и соосной лучу струей технического кислорода. Данный способ обладает более высокой производительностью вследствие того, что нагреваемый лазерным лучом материал химически взаимодействует с кислородом, подаваемым в зону реза. Дополнительное тепло, выделяющееся от экзотермической реакции окисления разрезаемого материала кислородом приводит к увеличению скорости резки. Недостатком данного способа является недостаточно высокая производительность процесса, например в сравнении с плазменной или газовой резкой, что затрудняет внедрение способа в промышленности,Известен также способ газолазерной резки, обладающий повышенной скоростью резки, принятый в качестве прототипа, в котором на поверхность разрезаемого материала воздействуют сфокусированным лазерным лучом и соосной лучу струей кислорода повышенной степени очистки.Увеличение скорости резки в прототипе достигается благодаря тому, что очищенный кислород обладает по сравнению с неочищенным повышенной химической активностью и экэотермическая реакция горения разрезаемого материала идет с повышенной скоростью, Прй этом большая доля подаваемого в зону реза кислорода успевает прореагировать с разрезаемым материалом, что приводит к повышению скорости резки. Повышенная химическая активность кислорода объясняется пониженной величиной константы скорости обрыва цепей реакции горения, поскольку эта константа пропорциональна концентрации центров обрыва реакции,Скорость разветвленного цепного процесса, такого как горение, в газовой фазе выражается формулойИ ы-э)Ч=1 с А) - ф еГгде к - константа скорости; А) - концентрация исходного вещества, М/о - скорость зарождения цепей; 1 - константа скорости зарождения цепей. 9 - константа скорости обрыва цепей.Поскольку разность констант (1-9) скорости зарождения и обрыва входит в показатель степени экспоненты е ф), тодаже незначительное изменение этой разности приводит к существенному изменению скорости горения Я. Константа 9обрыва цепей горения пропорциональначислу центров обрыва, которыми являютсяатомы и молекулы балластных примесей, содержащихся в кислороде, также как молекулы азота, его окислы, углекислый гаэ, аргони другие,Уменьшение константы д путем уменьшения примесей в кислороде существенно.сказывается на увеличении скорости резки,что и отмечено в прототипе,Однако. данный способ гаэолаэернойрезки не обладает достаточно высокой производительностью.Целью изобретения является повышение скорости газолазерной резки.Поставленная цель достигается тем, чтов способе газолазерной резки, при которомна разрезаемый материал воздействуют лазерным лучом и струей газообразного кислорода, истекающей из сопла сооснолазерному лучу, газообразный кислородпропускают перед соплом через электроразрядный озонатор.На чертеже приняты следующие обозначения; 1 - разрезаемый материала; 2 -35лазерный луч; 3 - струя кислорода; 4 - сопла; 5 - озонатор; б - фокусирующая линза;7 - корпус лазерной головки,П р и м е р. Способ газолазерной резкиосуществляют тем, что на разрезаемый материал 1 воздействуют лазерным лучом 2 иструей 3 газообразного кислорода, истекающей из сопла 4 соосно лазерному лучу 2.Причем газообразный кислород пропускаютперед соплом 4 через электроразрядныйозонатор 5; где кислород подвергаюттермодинамически неравновесной иониэации,при которой общее количество частиц, возбужденных до энергии активации реакциигорения (в том числе молекул озона) будет50 рао например, 0,5 о .Создание в струе кислорода 0,5 овозбужденных частиц равносильно созданиютакого же количества центров горения илиочистке кислорода от равного количествепримесей, являющихся центрами гашенияреакции горения.В соответствии с данными прототипа,где количество центров гашения было равно0,5% от полного количества кислорода, увеличение центров горения приводит к повышению скорости горения и, в результате, к увеличению скорости резки на (10-20).Энергозатраты на возбуждение доли д - 0,5 кислорода до энергии активации примерно равны энергозатратам на образование такой же доли одноатомных частиц кислорода, т.е, энергозатратам на диссоциацию.Газолазерная резка осуществляется соплом с диаметром отверстия б э= 1 мм. При давлении кислорода в сопле, равном атмосферному, и звуковой скорости истечения кислорода расход кислорода через сопло указанного размера будет равен в =рЧР= 0,365 10 кг/с, где р =- 1,4 кг/м - плотность кислорода в сопле;Ч = ЗЗО м/с - скорость истечения кислорода из сопла (примерно равна скорости звука);Формула изобретенияСПОСОБ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ, .при котором на разрезаемый материал воздействуют лазерным лучом и струей подаваемого в рабочее сопла газообразР " 0,79 10 м - площадь сечения со2пла,ЯМощность Ч, расходуемая на диссоциа. цию доли д - 0,5 расхода и кислорода,5 подаваемого в сопло, равнаЕдИ = в 6 - = 0,014 кВт = 14 ВтН10 где Ед= 247 кДж/моль - энергия диссоциации, приходящаяся на один моль атомовкислорода (на один моль молекул кислорода- 494 кДж/моль),,и= 32 10 э кг/моль - молекулярная мас 15 са кислорода,Мощность лазерного луча при резке измеряется тысячами ватт,Эффективность использования способа20 определяется увеличением скорости резки примерно на 20.ного кислорода, истекающего из него соосно лазерному лучу, Олтичаюфийсл тем, что, с целью повышения скорости резки, перед подачей в сопло газообразный кислород пропускают через электрораэрядный оэонатор,