Повышение эффективности лазерной резки стальных материалов путем предварительной обработки гидроабразивным способом

Повышение эффективности лазерной резки стальных материалов путем предварительной обработки гидроабразивным способом = Improving the Efficiency of Laser Cutting of Steel Materials by Pre-Treatment with Waterjet Method / И. В. Качанов, А. В. Филипчик, И. М. Шаталов [и др.] // Наука и техника. – 2025. – № 4. – С. 278-283.

Abstract

Высокая эффективность современных методов изготовления деталей машин и механизмов тесно связана с качеством предварительной очистки металлических поверхностей от коррозии. Добиться необходимого уровня обработки удается благодаря применению струйных технологических решений, особенно в условиях лазерной резки, используемой на машиностроительных предприятиях Республики Беларусь. Одним из ключевых показателей, определяющих результативность лазерной обработки металлов, является скорость лазерной резки. В данной статье рассматривается инновационный подход к струйной очистке металлических материалов от коррозии с последующим применением в процессе лазерной резки. Отличительная особенность предложенного метода гидроабразивной обработки заключается во введении в высоконапорную струю воды специальных компонентов – бентонитовой глины, кальцинированной соды и сажи. Это обеспечивает не только эффективное удаление коррозии, но и формирует поверхность, оптимальную для лазерной резки. С целью анализа влияния параметров гидроабразивной обработки на скорость лазерной резки проведены промышленные испытания трех групп образцов из сталей марок Ст3, Ст20 и Ст45. Размеры образцов составляли 200×200 мм при толщине листа в диапазоне S = 2–12 мм. На основе результатов экспериментальных исследований была разработана модернизированная технология гидроабразивной очистки металлических материалов, предназначенная для удаления коррозии с последующей их обработкой методом лазерной резки. В предложенной технологии применяется рабочая жидкость, содержащая следующие компоненты: бентонитовую глину (Кб = 1,5–2,5 %), кальцинированную соду (Кк.с = 1,8–2,2 %), сажу (Ксж = 11–13 %) и воду. Применение данной рабочей жидкости позволило достичь повышения скорости лазерной резки на 8–12 % по сравнению с результатами, полученными при использовании аналогичной жидкости, содержащей полиакриламид вместо сажи, при этом без необходимости введения дополнительных технологических операций.

Abstract in another language

The high performance of modern methods for manufacturing machine and mechanism components largely depends on the effective removal of corrosion from metallic surfaces. The required surface quality is achieved through jet-based technological processes, particularly in laser cutting operations performed under industrial conditions at mechanical engineering enterprises in the Republic of Belarus. One of the key parameters used to assess the efficiency of laser treatment of metallic surfaces is the laser cutting speed. This study presents an innovative method of jet-based corrosion removal for metallic materials, followed by their utilization in the laser cutting operations. A distinctive feature of the proposed hydro-abrasive technique is the introduction of special components – bentonite clay, calcined soda, and carbon black – into a high-pressure water jet. This formulation not only ensures corrosion elimination but also conditions the surface for subsequent laser cutting. To investigate the influence of various hydro-abrasive processing parameters on laser cutting speed, industrial tests were conducted on three groups of samples made of steel grades St3, St20, and St45. The dimensions of each sample were 200×200 mm with a sheet thickness in the range S = 2–12 mm. Based on the results of experimental studies, an advanced hydro-abrasive cleaning technology was developed for corrosion removal from metallic materials intended for laser cuttingapplications. The proposed method uses a working fluid containing the following components: bentonite clay (Cb = 1.5–2.5 %), calcined soda (Cc.s. = 1.8–2.2 %), carbon black (Ccb = 11–13 %), and water. The use of this working fluid made it possible to increase the laser cutting speed by 8–12 % compared to the results obtained when using an alternative fluid containing polyacrylamide instead of carbon black – without the need to introduce additional processing operations.