Hoog energiestraal snijden van metalen: 2 processen

Dit artikel werpt licht op de twee hoofdprocessen in hoog energetische stralen van metalen. De processen zijn: 1. Elektronenstraal snijden 2. Laserstraal snijden.

Proces # 1. Elektronenstraal snijden:

In dit proces wordt een elektronenbundel (EB) van hoge snelheidselektronen gemaakt om op het te snijden werkstuk te botsen. De opstelling is hetzelfde als gebruikt voor elektronenstraallassen (EBW), maar de warmte-inbreng die vereist is voor het snijden is hoger.

De elektronenbundel genereert warmte in het werkstuk die het materiaal verdampt en maakt het mogelijk dat de straal dieper doordringt door de sleutelgatetechniek. De penetratiediepte is afhankelijk van de kracht van de straal. Terwijl in EBW het metaal rond het sleutelgat stroomt en achteraan wordt gevuld, wordt bij het snijden de warmte-invoer vergroot zodat het sleutelgat niet wordt gesloten.

Al die metalen die kunnen worden gelast door EBW-proces kunnen ook door dit proces worden gesneden. De kwaliteit van de banduitsnijding is in gunstige zin vergelijkbaar met de kwaliteit van de snede bij het oxy-acetyleen snijden. Afhankelijk van de manoeuvreerbaarheid van het werk of het elektronenstraalpistool kan elke gewenste vorm worden gesneden.

Het EB-proces kan met voordeel worden gebruikt voor het snijden van reactieve metalen zoals zirkonium, titanium, etc. Omdat echter een grote hoeveelheid metaaldampen wordt geproduceerd tijdens de snijbewerking en het gesmolten metaal uit de snede in de vacuümkamer valt, krimpt het aanzienlijke moeilijkheden in efficiënte afhandeling van het proces. Bovendien zijn de kosten van apparatuur erg hoog. Tenzij het proces onvermijdelijk is, wordt het vervangen door laserstraalsnijden.

Process # 2. Laser Beam Cutting:

Laserstraalsnijden is een thermisch snijproces waarbij een geconcentreerde coherente lichtbundel wordt gebruikt om het materiaal weg te smelten waar snijden noodzakelijk is. De gebruikte apparatuur is dezelfde als die voor laserstraallassen. Het proces kan worden gebruikt met of zonder een extern geleverd gas; als zuurstof wordt gebruikt, kan de snede in sommige metalen sneller worden gemaakt vanwege de extra warmte die door de exotherme reactie wordt geproduceerd.

Naast zuurstof kan een grote verscheidenheid aan andere hulpgassen zoals perslucht, helium, argon, kooldioxide en stikstof effectief worden gebruikt. De insnijdingen verkregen met inert gas vertonen schone, niet-geoxideerde randen maar kunnen gestold taai metaal hebben vastgeplakt aan de bodem van de gesneden stukken; met zuurstofondersteund snijden is het materiaal dat zo vastzit hoofdzakelijk slak dat gemakkelijk los te maken is vanwege zijn brosheid.

Lasersnijden vereist het gebruik van een continue golf (CW) laserstraal. Wanneer geen adequate energiedichtheid wordt verkregen met een CW-laser, wordt deze vaak aangevuld met een hoge snelheid gasstraal. Over het algemeen volstaat de CW-laser met tot 1 KW vermogen en 10% efficiëntie om dunne metalen te snijden. Voor het snijden van dikkere secties, bijvoorbeeld staal met een dikte van 54 mm, vereist dit een straal van 6 KW zoals getoond in tabel 19.9.

Het grote voordeel van laserstralen is dat het net zo effectief kan worden gebruikt in de normale atmosfeer of vacuüm. De straal kan over grote afstanden worden gedragen met optische systemen, zodat de bundelgenerator ver weg van het werkstation kan worden gehouden, waardoor de straal kan worden gebruikt op locaties met een beperkte toegankelijkheid. Het biedt een zeer hoge warmtedichtheid en vereist niet dat het werkstuk deel uitmaakt van het elektrische systeem. Het laserstraalsnijden is echter kostbaar in vergelijking met oxy-fuel gassnijden en tot nu toe wordt laserstraalsnijden beperkt tot dunne materialen.

Afgezien van metalen wordt laserstraal met succes gebruikt voor het snijden van kunststoffen, synthetisch houtvezeldoek en keramiek. Een belangrijk gebruik van de laserstraal is voor het snijden van parket en geperst hout in de houtbewerkingsindustrie. Het is ook efficiënt gebruikt om kleding te knippen voor het maken van kleding op grote schaal. Potentialen van laserstraalsnijden worden naar verwachting volledig benut zodra lasergenererende eenheden gemakkelijker verkrijgbaar zijn tegen redelijke kosten.