6. Bố cục của luận án
2.2.2.1 Cắt bằng laser nhiệt hạch – nhiệt (Laser fusion cutting)
Quá trình cắt bằng laser nhiệt hạch – nhiệt, còn được gọi là quá trình cắt nóng chảy sử dụng khí trơ hỗ trợ. Quá trình cắt này phụ thuộc vào năng lượng của chùm tia laser. Năng lượng này dùng để làm nóng chảy vật liệu và đưa vật liệu ra khỏi rãnh cắt sử dụng khí trơ Ni - tơ hoặc Argon. Khí trơ có nhiệm vụ làm nguội vật liệu và ngăn chặn quá trình ôxy hóa ở rãnh cắt. Trên hình 2.11 là sơ đồ của quá trình cắt bằng laser nhiệt hạch – nhiệt [69], [70]
33
Giả sử tổng năng lượng nguồn laser vật liệu hấp thụ được để làm nóng chảy thể tích rãnh cắt trước khi xảy ra hiện tượng dẫn nhiệt đáng kể, khi đó công suất nhiệt gộp cân bằng nhiệt trên vật liệu được bóc tách tương tự với phương trình (2.3) như sau [2]:
𝜂𝑃 = 𝑤𝑡𝑣𝜌(𝐶𝑝Δ𝑇 + 𝐿𝑓 + 𝑚′𝐿𝑣) (2.3)
P – Công suất dòng laser (W)
w – Chiều rộng trung bình rãnh cắt (mm) t – Chiều dày cắt (mm)
v – Vận tốc cắt (m/ph)
m’ – Phần vật liệu nóng chảy bốc hơi (kg)
Lf– Nhiệt lượng nóng chảy (J/kg)
Lv– Nhiệt lượng hóa hơi (J/kg)
T – Độ biến thiên nhiệt độ (oC)
- Hệ số hấp thụ của vật liệu
- Khối lượng riêng (kg/m3)
Phương pháp cắt này có thể áp dụng cho tất cả các loại kim loại, đặc biệt là các loại thép không gỉ, thép hợp kim, hợp kim nhôm, thép cường độ cao. Nó cũng được áp dụng để cắt thép nhẹ và nhôm. Áp suất khí trơ hỗ trợ có thể từ 1,0 MPa trở lên để loại bỏ kim loại lỏng có thể dính vào mặt dưới của rãnh cắt.
Ưu điểm phương pháp này là yêu cầu năng lượng thấp hơn cho việc nóng chảy vật liệu so với phương pháp hóa hơi, không bị ôxy hóa vết cắt, có thể cắt được nhiều loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cố định như: Thủy tinh, nhựa, kim loại...Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những nhược điểm như: Yêu cầu chính xác căn chỉnh thông số của khí hỗ trợ khi cắt; vật liệu nóng chảy có thể đọng hay tạo thành các khoảng vân ở thành cạnh hoặc mặt dưới của rãnh cắt; tiêu thụ lớn lượng khí hỗ trợ. Với nguyên lý của phương pháp này phù hợp sử dụng để gia công bằng laser trên vật liệu SKD 11.