6. Bố cục của luận án
2.3.3.3 Đường kính đầu cắt và khoảng cách đầu cắt đến bề mặt phôi
Đầu cắt cung cấp khí cắt đến bề mặt cắt đảm bảo rằng dòng khí được đồng trục với chùm laser và ổn định áp suất trên bề mặt phôi nhằm giảm thiểu hỗn loạn của kim loại nóng chảy trong vùng cắt. Thiết kế đầu cắt, đặc biệt là thiết kế miệng đầu cắt quyết định hình dạng của tia khí cắt và chất lượng của vết cắt. Đường kính của đầu cắt được chọn theo vật liệu và độ dày của phôi. Do kích thước nhỏ của tia laser, đường kính của rãnh cắt tạo ra trong quá trình cắt thường nhỏ hơn đường kính của đầu cắt. Do đó, chỉ một phần tia khí được tạo thành bởi đầu cắt được xuyên qua rãnh cắt vì vậy cần phải sử dụng áp suất khí cao.
Wandera và cộng sự [78] khi tiến hành cắt trên thép thường sử dụng khí O2
với các đường kính đầu cắt lần lượt là 1,5 mm; 2,0 mm và 2,5 mm cho thấy chất lượng cắt tốt nhất, bề mặt rãnh cắt có các đường vân đồng đều tại đường kính 1,5 mm còn tại đường kính 2,5 mm cho chất lượng bề mặt cắt xấu nhất. Điều này được lý giải, khi đầu cắt có đường kính nhỏ sẽ cung cấp một lượng chính xác ôxy đến vùng tương tác và phản ứng ôxy hóa ở mặt trước của rãnh cắt được tập trung dẫn đến tạo ra bề mặt có các vân đồng đều, gần nhau và mịn hơn. Còn khi đường kính đầu cắt lớn sẽ cung cấp một lượng khí lớn vào vùng cắt, dẫn đến phản ứng ôxy hóa không ổn định, một rãnh cắt rộng hơn và chất lượng bề mặt xấu hơn được hình thành.
Wahab và cộng sự [79] khi đánh giá ảnh hưởng của đường kính và khoảng cách đầu cắt đến chiều cao của ba-via, độ nhám bề mặt của rãnh cắt khi cắt thép thường bằng laser diot công suất lớn đã chỉ ra để giảm thiểu sự hình thành ba-via nên sử dụng đường kính đầu cắt d = 1,5 mm cho khoảng cách đầu cắt 0,75 mm < d < 1,06 mm (hình 2.22).Tác giả giải thích rằng, thông qua các điều kiện khí động học (cấu tạo đầu cắt, áp suất khí, độ dày của phôi) khi đường kính đầu cắt lớn mang lại lượng khí thổi lớn nhưng lại làm giảm áp suất của dòng khí hỗ trợ. Đối với độ nhám bề mặt rãnh cắt, đường kính đầu cắt nhỏ cũng cho bề mặt nhẵn hơn, chất lượng tốt hơn (hình 2.23). Khoảng cách giữa đầu cắt và phôi có ảnh hưởng đến kiểu dòng chảy của khí, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cắt và chất lượng cắt. Sự thay đổi lớn về áp suất có thể xảy ra nếu khoảng cách giữa đầu cắt và phôi lớn. Nên chọn khoảng cách này nhỏ hơn đường kính đầu cắt vì khoảng cách chờ lớn dẫn đến sự hỗn loạn và thay đổi áp suất làm ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ vật liệu ra khỏi vùng cắt, làm giảm chất lượng cắt. Hình dạng và các thông số hình học của vòi cắt như trên hình 2.24 [69],[77]
45
Hình 2.22 Tương tác giữa đường kính và khoảng cách đầu cắt đến chiều cao bavia [79]
Hình 2.23 Tương tác giữa đường kính đầu cắt, vận tốc cắt và áp suất khí thổi đến độnhám bề mặt [79]
46