Способ газолазерной резки
Использование: лазерная технология. Сущность изобретения: на разрезаемый материал воздействуют лазерным лучом и струей газообразного кислорода, истекающей из сопла соосно лазерному лучу. Газообразный кислород пропускают перед соплом через электроразрядный озонатор. 1 ил.
Изобретение относится к технологии лазерной резки материала, а более конкретно к технологии газолазерной 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 экзотермическая реакция горения разрезаемого материала идет с повышенной скоростью. При 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 формулой W k [A]
e(f-g)t где k константа скорости; [A] концентрация исходного вещества. Wo скорость зарождения цепей; f константа скорости зарождения цепей. g константа скорости обрыва цепей. Поскольку разность констант (f-g) скорости зарождения и обрыва входит в показатель степени экспоненты e(f-g), то даже незначительное изменение этой разности приводит к существенному изменению скорости горения W. Константа g обрыва цепей горения пропорциональна числу центров обрыва, которыми являются атомы и молекулы балластных примесей, содержащихся в кислороде, также как молекулы азота, его окислы, углекислый газ, аргон и другие. Уменьшение константы g путем уменьшения примесей в кислороде существенно сказывается на увеличении скорости резки, что и отмечено в прототипе. Однако данный способ газолазерной резки не обладает достаточно высокой производительностью. Целью изобретения является повышение скорости газолазерной резки. Поставленная цель достигается тем, что в способе газолазерной резки, при котором на разрезаемый материал воздействуют лазерным лучом и струей газообразного кислорода, истекающей из сопла соосно лазерному лучу, газообразный кислород пропускают перед соплом через электроразрядный озонатор. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 разрезаемый материала; 2 лазерный луч; 3 струя кислорода; 4 сопло; 5 озонатор; 6 фокусирующая линза; 7 корпус лазерной головки. П р и м е р. Способ газолазерной резки осуществляют тем, что на разрезаемый материал 1 воздействуют лазерным лучом 2 и струей 3 газообразного кислорода, истекающей из сопла 4 соосно лазерному лучу 2. Причем газообразный кислород пропускают перед соплом 4 через электроразрядный озонатор 5, где кислород подвергают термодинамически неравновесной ионизации, при которой общее количество частиц, возбужденных до энергии активации реакции горения (в том числе молекул озона) будет равно, например, 0,5% Создание в струе кислорода 0,5% возбужденных частиц равносильно созданию такого же количества центров гоpения или очистке кислорода от равного количестве примесей, являющихся центрами гашения реакции горения. В соответствии с данными прототипа, где количество центров гашения было равно 0,5% 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 
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 d* 1 мм. При давлении кислорода в сопле, равном атмосферному, и звуковой скорости истечения кислорода расход кислорода через сопло указанного размера будет равен m 
V F 0,365 10-3 кг/с, где 1,4 кг/м3 плотность кислорода в сопле; V 330 м/с скорость истечения кислорода из сопла (примерно равна скорости звука); F 0,79 10-6 м2 площадь сечения сопла. Мощность N, расходуемая на диссоциацию доли 0,5% расхода n кислорода, подаваемого в сопло, равна N = m 
0,014 кВт 14 Вт где E
247 кДж/моль энергия диссоциации, приходящаяся на один моль атомов кислорода (на один моль молекул кислорода 494 кДж/моль),
= 32 10-3 кг/моль молекулярная масса кислорода. Мощность лазерного луча при резке измеряется тысячами ватт. Эффективность использования способа определяется увеличением скорости резки примерно на 20%
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
