Koje vrste kompresora vazduha i komprimovanog vazduha su potrebne za mašinu za lasersko sečenje?

Lasersko sečenje jedna je od najčešće korišćenih tehnologija u laserskoj obradi. Rezanje metala je uobičajena ekonomska i praktična metoda obrade. Da bi se postigao najbolji efekat sečenja, potrebno je pravilno izabrati i primeniti vazdušni kompresor. Ovaj članak predstavlja način izbora kompresora za vazduh prema teoriji mlaznica i predstavlja probleme na koje je potrebno obratiti pažnju pri korišćenju komprimovanog vazduha kao pomoćnog gasa u mašini za lasersko sečenje.

1. Uvod

Lasersko sečenje je najrasprostranjenija tehnologija laserske obrade u svetu. Već sedamdesetih godina prošlog veka laser je prvi put korišćen u sečenju.Od početka ovog veka, sa usponom i popularizacijom laserske tehnologije treće generacije, lasersko sečenje se sve više koristi u obradi lima, plastike, stakla, keramike, poluprovodnika, tekstila, drveta i papirnih materijala. Od početka ovog veka, mnoge kompanije su snažno krenuli sa razvojem fiber lasera velike snage. Zbog jedinstvenih prednosti obrade laserske obrade velike snage, troškovi obrade su značajno smanjeni i kombinovani su različiti fleksibilni načini plaćanja. Trenutno sve više preduzeća za preradu lima, preduzeća za proizvodnju kuhinja i kupatila i preduzeća za preradu automobilskih delova sve više koriste mašine za lasersko sečenje, posebno u industriji prerade lima, koja je zamenila tradicionalni metod obrade. Mašina za lasersko sečenje može zadovoljiti zahteve sečenja različitih materijala i složenih oblika. Osim potrebe za laserom velike energije, pomoćni gas je neophodan materijal za završetak procesa sečenja. Pomoćni gasovi koji se koriste za lasersko sečenje su uglavnom kiseonik (O2), azot (N2) i komprimovani vazduh. Komprimovani vazduh se lakše dobija od kiseonika i azota, a veoma je jeftin u poređenju sa kiseonikom i azotom. Vrlo je uobičajeno da se komprimovani vazduh koristi kao pomoćno sečenje gasom. Kvalitet komprimovanog vazduha ima veoma direktan uticaj na kvalitet laserskog sečenja metala, a veličina i stabilnost pritiska gasa uticaće na efekat sečenja. Veličina vazdušnog kompresora koji se koristi kao pomoćni gas za mašinu za lasersko sečenje treba da se izabere u skladu sa dizajnom glave za lasersko sečenje, pritiskom pomoćnog gasa i veličinom mlaznice.Tako se može postići najbolje podudaranje vazdušnog kompresora i mašine za lasersko sečenje.

2. Princip laserskog sečenja

Lasersko sečenje koristi fokusirani laserski zrak velike snage i velike gustine za ozračivanje obratka, tako da se materijal na ozračenom mestu rastopi, isparava, ablatira ili dođe do tačke paljenja.
Istovremeno, uz pomoć protoka vazduha velike brzine koaksijalnog sa gredom, rastopljeni materijal se može ukloniti da bi se presekao obradak.
Lasersko sečenje je jedna od metoda termičkog sečenja.

2.1 Glavne metode laserskog sečenja

Lasersko sečenje se može podeliti na lasersko rezanje sa rasplinjavanjem, lasersko rezanje sa topljenjem, lasersko rezanje sa topljenjem pomoću kiseonika i sečenje sa kontrolisanim lomom.

1) Rezanje laserskom gasifikacijom

Koristeći laserski snop velike gustine snage za zagrevanje obratka, temperatura brzo raste i dostiže tačku ključanja materijala za vrlo kratko vreme, a materijal počinje da isparava i stvara paru.

Ove pare se izbacuju velikom brzinom, a istovremeno se na materijalu stvara zarez.

Toplota gasifikacije materijala je obično veoma velika, pa je za lasersko sečenje potrebno mnogo energije i gustine snage.

Rezanje laserskim rasplinjavanjem uglavnom se koristi za rezanje izuzetno tankih metalnih i nemetalnih materijala (papir, tkanina, drvo, plastika i guma itd.).

Rezna ivica laserskog rezanja gasifikacijom je glatka bez ivica.

2) Rezanje laserskim topljenjem

Rezanje laserskim topljenjem služi za topljenje metalnih materijala laserskim zagrevanjem, a zatim ubrizgavanjem inertnog gasa visokog pritiska (N2, Ar i He itd.) Kroz mlaznicu koaksijalnu sa snopom.

U zavisnosti od jakog pritiska gasa, tečni metal se eliminiše i formira se prorez.

Nije potrebno potpuno ispariti zlato pri laserskom rezanju, a potrebna energija lasera ​​je samo otprilike jedna desetina energije rezanja pri gasifikaciji.

Za materijale od lima, ako je brzina rezanja prespora, većina laserskih zraka će izgubiti energiju direktno kroz rez.

Sa povećanjem brzine, više zraka zrači materijal, a snaga povezivanja sa materijalom se povećava.

Za materijale sa debelim pločama, jer lasersko isparavanje ili brzina uklanjanja proizvoda od topljenja nisu dovoljno brzi, snop se mnogo puta reflektuje na presek materijala u prorezu.

Sve dok se rastopljeni proizvod može ukloniti pre nego što se kondenzuje hladnim tokom vazduha, proces sečenja će se nastaviti.

Ivica rezne ivice laserskog topljenja je prugasta.

Rezanje laserskim topljenjem uglavnom se koristi za rezanje nekih materijala ili aktivnih metala koje nije lako oksidirati, poput nerđajućeg čelika, nerđajućeg čelika, nerđajućeg čelika, legure titanijuma, aluminijuma i njegovih legura.

Rezanje laserskim topljenjem koristi azot kao pomoćni gas za kvalitet sečenja, ali su troškovi veći od sečenja kiseonikom.

3) Lasersko rezanje pomoću kiseonika

Princip laserskog topljenja uz pomoć kiseonika je sličan rezanju oksiacetilena, koji koristi laser kao izvor zagrevanja za predgrevanje, a kiseonik kao pomoćni gas za sečenje.
S jedne strane, emitovani kiseonik reaguje sa gvožđem koje se laserom zagreva na oko 1500 ℃.
Tako se velika količina oksidacione toplote neprestano oslobađa kako bi se element gvožđa zagrejao i izgoreo;
S druge strane, rastopljeni tečni oksidi i taline se izduvaju iz reakcione zone da bi se formirao zarez u metalu.
Zbog reakcije oksidacije u procesu sečenja, stvara se velika količina toplote, pa je energija potrebna za lasersko sečenje kiseonikom samo 1/2 od energije topljenja.
Štaviše, brzina sečenja je daleko veća od brzine laserskog rezanja i topljenja.
Hrapavost ivica laserskog topljenja potpomognutog kiseonikom nalazi se između laserskog rezanja isparavanjem i laserskog topljenja.
Lasersko rezanje uz pomoć kiseonika pri topljenju uglavnom se koristi sa ugljeničnim čelikom i drugim lako oksidujućim metalnim materijalima.
Takođe se može koristiti za preradu nerđajućeg čelika i drugih materijala, ali je presek crn i grub, a troškovi su niži od sečenja inertnim gasom.

4) Kontrolisano sečenje loma

Zahvaljujući zagrevanju laserskim snopom, lomljivi materijali koji se lako mogu oštetiti mogu se odrezati velikom brzinom i kontrolisati, što se naziva kontrolisano sečenje loma.
Princip sečenja je sledeći: laserski zrak zagreva malu površinu lomljivog materijala, što dovodi do toplotnog nagiba i ozbiljnih mehaničkih deformacija, zbog čega materijal stvara pukotine.
Brzina rezanja kontrole loma je velika, potrebna je samo mala snaga lasera;
Ako je snaga prevelika, površina obratka će se otopiti i rezna ivica će se oštetiti.
Glavni parametri koji se mogu kontrolisati su snaga lasera ​​i veličina tačke.

2.2 Karakteristike laserskog sečenja

U poređenju sa drugim metodama sečenja, lasersko sečenje odlikuje velika brzina rezanja i visok kvalitet.
Može se sažeti na sledeći način:

1) Kvalitet sečenja je dobar.
Zbog male laserske tačke, velike gustine energije i velike brzine sečenja, lasersko sečenje može postići bolji kvalitet sečenja.

2) Laserski rez gasom je tanak i uzak, dve strane šava su paralelne i okomite na površinu.

3) Rezna površina je glatka i lepa, koja se čak može koristiti i kao poslednji postupak obrade.
Delovi se mogu koristiti direktno bez obrade.

4) Nakon laserskog sečenja, širina zone zahvaćene toplotom je vrlo mala, svojstva materijala u blizini proreza gotovo da nisu pogođena.
Oblik obratka je mali, a preciznost sečenja velika.

Poređenje brzine rezanja između laserskog sečenja i drugih metoda rezanja prikazano je u Tabeli 1, a materijal za sečenje je čelična ploča sa niskim sadržajem ugljenika.

Način sečenjaLasersko sečenjeSečenje plazmomSečenje
Oksiacetilenom 
Hidraulično sečenje
Brzina sečenjaVeoma brzoBrzoSporoVeoma sporo

5) Brzina sečenja je velika, na primer, kada lasersko sečenje 2500 V lasersko seče hladno valjanu ploču od ugljeničnog čelika debljine 1 mm, brzina sečenja može dostići 16-19 m/min.

6) To je sečenje bez kontakta. Tokom laserskog sečenja nema dodira između mlaznice i obratka, niti dolazi do habanja alata.

3. Poređenje laserskog sečenja sa različitim pomoćnim gasovima

Prilikom laserskog sečenja, bira se različit gas za sečenje u skladu sa različitim materijalom ploče za rezanje.
Izbor gasa za rezanje i pritiska ima veliki uticaj na kvalitet laserskog sečenja.

3.1. Vrste pomoćnog gasa

Pomoćni gasovi koji se obično koriste za lasersko sečenje su kiseonik (O2), azot (N2) i komprimovani vazduh (komprimovani vazduh), a ponekad se koristi i argon (Ar).
Prema pritisku gasa, može se podeliti na gas visokog pritiska i gas niskog pritiska.

3.2. Izbor pomoćnih vrsta gasova

Glavne funkcije pomoćnog gasa pri laserskom sečenju su:

podrška sagorevanju i odvođenje toplote
blagovremeno otpuštanje istopljenih mrlja nastalih rezanjem
sprečavajući da se istopljene rastopljene mrlje odskoče prema gore u mlaznicu, štiteći sočivo za fokus itd.

Prema različitim materijalima za sečenje i u kombinaciji sa snagom mašine za lasersko sečenje, pri izboru različite tehnologije laserskog sečenja, izbor pomoćnog gasa nije isti.

Karakteristike, upotrebe i opseg primene različitih pomoćnih gasova su sledeći:

1) Kiseonik

O2 se uglavnom koristi za sečenje materijala od ugljeničnog čelika.
Hemijska reakcija toplote kiseonika i gvožđa promoviše endotermičko topljenje metala, što može u velikoj meri poboljšati efikasnost sečenja.
Takođe može realizovati sečenje debljih materijala i očigledno poboljšati sposobnost obrade mašine za lasersko sečenje.
Međutim, zbog prisustva kiseonika, na krajnjoj strani reza će se formirati očigledan oksidni film.
Štaviše, to će proizvesti efekat gašenja na materijalima oko površine sečenja, poboljšati tvrdoću ovog dela materijala i imati određeni uticaj na naknadnu obradu.
Boja krajnjeg dela reza materijala kiseonikom je crna ili tamno žuta.
Opšta ploča od ugljeničnog čelika koristi sečenje kiseonikom, bušenje pod niskim pritiskom i rezanje pod niskim pritiskom.

2) Azot

Kada se N2 koristi kao pomoćni gas za sečenje, azot će formirati zaštitnu atmosferu oko rastopljenog metala kako bi sprečio oksidaciju materijala i stvaranje oksidnog filma, čime se ostvaruje neoksidativno sečenje.
Ali u isto vreme, pošto azot ne reaguje sa metalima, sposobnost sečenja nije tako dobra kao kiseonik bez toplote reakcije. Štaviše, potrošnja azota pri rezanju azota je nekoliko puta veća od potrošnje pri sečenju kiseonikom, a troškovi sečenja su veći od sečenja kiseonikom. Neoksidacijska površina rezanja ima karakteristike direktnog zavarivanja, premazivanja i jake otpornosti na koroziju itd., A prednja strana reza je bela. Uopšteno, azot se koristi za sečenje nerđajućeg čelika, pocinkovanog lima, ploče od aluminijuma i legura aluminijuma, mesinga i drugih materijala, sa perforacijom niskog pritiska i rezanjem pod visokim pritiskom. Prilikom sečenja azotom, promena protoka gasa ima veliki uticaj na sečenje, U slučaju obezbeđivanja pritiska gasa za sečenje potrebno je osigurati dovoljan protok gasa.

3) Komprimovani vazduh
Komprimovani vazduh se može direktno isporučiti vazdušnim kompresorom, koji se lako dobija u poređenju sa kiseonikom i azotom, a cena je veoma jeftina. Iako vazduh sadrži samo oko 20% kiseonika, efikasnost sečenja je daleko manja od efikasnosti rezanja kiseonikom, Međutim, kapacitet sečenja je blizu onog azota, a efikasnost sečenja vazduhom je nešto veća od rezanja azota. Krajnja strana vazdušnog sečenja je žuta. Najekonomičniji i najpraktičniji izbor je upotreba komprimovanog vazduha umesto azota kada ne postoje strogi zahtevi za boju površine reza materijala. 
Ekonomsko poređenje laserskog rezanja na komprimovani vazduh i laserskog sečenja azotom
Trenutno je tečni azot na tržištu oko 1400 juana/tonu,
Tečnom azotu za lasersko sečenje potreban je Devar rezervoar, koji je generalno 120 kg/konzervi, a cena od 1 kg je više od 3 juana.
Prema 1400 juana/toni, specifična težina azota u standardnom stanju je 1,25 kg/m3.
Prema tome, maksimalna potrošnja tečnog azota u Devar -ovom rezervoaru je oko 120/1,25 = 96 Nm3.
Cena azota po Nm3 iznosi 168/96 = 1,75 juana/Nm3
Ako se vazdušni kompresor Baode PM15TK-16 koristi za snabdevanje komprimovanim vazduhom od 16 bara, može obezbediti 1,27 m3 po minuti.
Ulazna snaga ovog tipa vazdušnog kompresora pri punom opterećenju je 13,4 kV.
Ako se industrijska naknada za električnu energiju računa kao 1,0 juana / kVh, cena vazduha po m3 iznosi 13,4 × 1,0 / (1,27 × 60) = 0,176 juana / m3.
U skladu sa stvarnom potrošnjom od 0,5 m3 gasa u minuti i mašinom za lasersko sečenje koja radi 8 sati dnevno, troškovi uštede vazdušnim sečenjem u poređenju sa sečenjem azota su: (1,75 – 0,176) × 8 × 60 × 0,5 = 378 juana

Ako mašina za lasersko sečenje radi 300 dana godišnje, mogu se uštedeti troškovi potrošnje gasa: 378 k 300 = 113400 juana,
Zbog toga je upotreba komprimovanog vazduha umesto sečenja azotom veoma ekonomična i praktična.
Ušteda gasa u jednoj godini dovoljna je za kupovinu tri visokokvalitetna integrisana vazdušna kompresora.

4) Argon

Ar je inertni gas, koji može sprečiti oksidaciju i nitriranje pri laserskom sečenju, a može se koristiti i za zavarivanje rastvorom. Međutim, cena argona je veća od cene azota, pa upotreba argonske elektrode u opštem laserskom sečenju nije isplativa. Rezanje argonom se uglavnom koristi za titan i legure titana itd. Krajnja strana reza je bela nakon sečenja argonom. 

4. Faktori koji utiču na kvalitet laserskog sečenja

4.1. Faktori za procenu kvaliteta laserskog sečenja

Postoje mnogi standardi koji procenjuju kvalitet ivica laserskog sečenja.
Standardi kao što su oblik ožiljaka, depresija i zrna mogu se proceniti golim okom;
Okomitost, hrapavost i širinu reza potrebno je meriti posebnim instrumentima.
Taloženje materijala, korozija, površina zahvaćena toplotom i deformacija takođe su važni faktori za merenje kvaliteta laserskog sečenja.
Najčešći loš kvalitet sečenja je prekomerno spaljivanje i vešanje troske.
Snaga mašine za lasersko sečenje, frekvencija laserskog impulsa, brzina sečenja, fokus zraka, smer polarizacije snopa, veličina mlaznice, pomoćni pritisak gasa i brzina protoka uticaće na procenu faktora kvaliteta laserskog sečenja.

Slika 4 Ključni faktori procene kvaliteta laserskog sečenja

1) Pregorevanje je uzrokovano činjenicom da se toplota od topljenja obratka ne može odvesti protokom vazduha visokog pritiska u vremenu kada je snaga lasera ​​prevelika, rupe za sečenje ili brzina sečenja suviše spora.

Može smanjiti snagu lasera ​​i povećati protok gasa kako bi rešio rezanje preko sagorevanja.

Slika 5 Pregorevanje

2) Šljaka koja se lepi naziva se i burr.

Snaga lasera ​​je nedovoljna, ili je pomoćni pritisak gasa nedovoljan, ili je brzina rezanja prevelika, tako da pomoćni gas ne može u potpunosti izduvati rastopljene ili gasifikovane materijale nastale u procesu rezanja, što rezultira prilepljivanjem troske na donji deo. ivica rezne površine.

Slika 6 Adhezivna troska

4.2. Faktori za procenu kvaliteta laserskog sečenja

Položaj fokusa laserskog zraka ima značajan uticaj na kvalitet sečenja.
Prilikom sečenja različitih materijala potrebno je prilagoditi različite položaje fokusa.
Ponekad rezanje ne nastaje zbog nedovoljnog pritiska pomoćnog gasa, već je fokus previsok.
Uticaj položaja fokusa snopa na kvalitet sečenja prikazan je na slici 7.

Slika 7 Uticaj fokusa snopa na efekat sečenja (ugljenični čelik: 15 mm, nerđajući čelik: 8 mm)

4.3. Uticaj brzine sečenja na kvalitet sečenja

1) Brzina sečenja je prevelika
To može prouzrokovati nemogućnost sečenja varnicama;
Neka područja se mogu odseći, neka se ne mogu odseći;
Ceo rezni deo je grub;
Formira se dijagonalni uzorak sečenja i nastaje troska u donjem delu ploče (slika 8).

Slika 8 Efekat prevelike brzine sečenja

2) Brzina sečenja je prespora
Rezultati pokazuju da je ploča za rezanje istopljena, a rezni deo grub;
Kada se šav za rezanje proširi, celo područje će se istopiti na malom filetu ili oštrom uglu, što će dovesti do pregorevanja;
Efikasnost sečenja je smanjena.

4.4. Uticaj mlaznice na kvalitet laserskog sečenja

Kada se centar mlaznice razlikuje od centra laserskog snopa, protok vazduha velike brzine iz mlaznice raznese rastopljeni materijal, što olakšava stvaranje troske na jednoj, a ne na drugoj strani.
Ovaj fenomen je očigledan pri sečenju ploče debljine 3 mm i ne može se rezati u ozbiljnim uslovima.
Veličina mlaznice treba da bude odgovarajuća.
Za rezanje debele ploče potrebna je velika snaga lasera, a prečnik tačke projektovane na ploči laserskim fokusiranjem je takođe veliki, što zahteva da je prečnik mlaznice koja prolazi kroz snop takođe veliki.
Međutim, ako je prečnik mlaznice prevelik.
S jedne strane, brzina mlaza vazduha iz mlaznice će biti spora, a sposobnost izduvavanja istopljenog materijala će biti oslabljena, a deo za sečenje može stvoriti neravnine;
S druge strane, zbog velike veličine mlaznice i male brzine protoka vazduha, troska i dim nastali laserskim sečenjem lako se prskaju u mlaznicu i oštećuju zaštitno sočivo.
Za laserske mašine velike snage, reflektovani laserski zrak može opeći lasersku glavu.

4.5. Uticaj kvaliteta komprimovanog vazduha na kvalitet laserskog sečenja

Kvalitet komprimovanog vazduha ima direktan uticaj na kvalitet laserskog sečenja.
Komprimovani vazduh sadrži vodenu maglu i ulje.
Ako se ne očisti, mlaz visokog pritiska do zaštitnog ogledala glave za lasersko rezanje ozbiljno će uticati na prenos laserskog snopa, raspršiti fokus i uzrokovati nepotpuno sečenje proizvoda i stvaranje otpadnih proizvoda.
Ako se radi o laserskoj mašini za rezanje super snage, sve dok je ogledalo ili površina mlaznice prilepljena sa malim sićušnim uljnim filmom ili vodenom maglom, to takođe može izazvati lasersku emisiju velike energije koja će izgoreti lasersku glavu.
Pošto je cena laserske glave super laserske mašine za rezanje super snage (iznad 12000 V) veća od 20000.
Većina dobavljača vazdušnih kompresora ne može dobro da podnese ulje i vlagu u komprimovanom vazduhu.
Većina korisnika mašina za lasersko sečenje ultra velike snage nije spremna da rizikuje korišćenje komprimovanog vazduha kao pomoćnog gasa.

Na slikama 9 i 10 prikazana su nezagađena sočiva, odnosno kontaminirana sočiva.

Slika 9 Nezagađena sočiva

Slika 10 Zagađena sočiva

5. Faktori koji utiču na debljinu i efikasnost laserskog rezanja metala

Iz velikog broja praksi, glavni faktori koji utiču na debljinu laserskog sečenja metala i efikasnost sečenja su snaga mašine za lasersko sečenje, vrsta pomoćnog gasa, pritisak i brzina protoka pomoćnog gasa.
Prilikom izbora vazdušnog kompresora za mašinu za lasersko sečenje, ove faktore treba uzeti u obzir sveobuhvatno.
Prema eksperimentu 4 istraživanja laserskog sečenja koji je sproveo Univerzitet Tsinghua, uticaj snage lasera ​​i pritiska pomoćnog gasa na sposobnost laserskog sečenja prikazan je na slici 9.
Brzina sečenja je 3 m/min, prečnik mrlje je 0,16 mm, oblik mlaznice je konusan, prečnik dna mlaznice 1,5 mm, a rastojanje između mlaznice i obratka 1 mm.

Slika 11 Uticaj snage lasera ​​i pritiska pomoćnog gasa na sposobnost laserskog sečenja

Kao što se može videti sa slike 11 (a), ako je snaga lasera ​​manja od 860 V za ploču od čeličnog niskougljeničnog čelika debljine 2 mm, bez obzira na to koliko se poveća pritisak pomoćnog azota u gasu, radni predmet se ne može odseći jer energija koju laser daje nije dovoljna da prodre u obradak.
Ako je snaga lasera ​​dovoljno velika da prodre u radni predmet, što je veća snaga lasera, manji je potreban pomoćni pritisak gasa.
Sa slike 11 (b) se može videti da ako se kiseonik koristi za sečenje čelične ploče sa niskim sadržajem ugljenika iste debljine, uticaj laserske energije i pritiska pomoćnog gasa na sposobnost sečenja sličan je uticaju rezanja azotom.
Međutim, snaga lasera ​​i pomoćni pritisak gasa potrebni za sečenje su znatno smanjeni.
To je zato što kiseonik reaguje sa gvožđem tokom sečenja, koje oslobađa oko četiri puta veću snagu lasera.
Ovo takođe objašnjava zašto opšte mašine za lasersko sečenje srednje snage radije koriste sečenje kiseonikom pri sečenju ploče od niskougljeničnog čelika od 2 mm ili više.
Kada sečete ploču od ugljeničnog čelika komprimovanim vazduhom, u vazduhu ima oko 20% kiseonika.
Ovaj deo kiseonika takođe reaguje sa gvozdenim elementom i oslobađa toplotu tokom sečenja.
Zbog toga je efikasnost sečenja ploče od ugljeničnog čelika komprimovanim vazduhom nešto veća od efikasnosti sečenja azotom.
Osim toga, različiti proizvođači mašina za lasersko sečenje, zbog različitih lasera ​​i tehnologije, kapacitet sečenja nije isti. Ovaj rad izdvaja javne podatke nekoliko reprezentativnih proizvođača za referencu.

Tabela 2 Maksimalna debljina sečenja Han -ove mašine za lasersko sečenje, mm

Upotreba IPG Fiber lasera
Materijal1000W1500W2000W2500W3000W4000W
Čelik sa niskim sadržajem ugljenika101216202225
Nerđajući čelik45681216
Legura aluminijuma45681216
Legura bakra234568

Tabela 3 Maksimalna debljina sečenja HG laserske mašine za sečenje, mm

Marvel fiber laser
Materijal3300W4200W6000W8000W10000W12000W
Čelik sa niskim sadržajem ugljenika202022252525
Nerđajući čelik101220253040
Legura aluminijuma101220253030
Mesing6812141620

Tabela 4 Maksimalna debljina sečenja Bystronic mašine za lasersko sečenje, mm

Materijal500W1000W2000W3000W
Čelik sa niskim sadržajem ugljenika6101620
Nerđajući čelik35810
Legura aluminijuma2358
Mesing2358

Zbog smanjenja troškova lasera, ukupni troškovi mašine za lasersko sečenje su znatno smanjeni.
Trenutno je snaga mašina za lasersko sečenje koje kupuju opšti korisnici obrade metala 3000-4000V.
Mali broj korisnika metaloprerađivačke industrije na tržištu metalnih materijala uglavnom kupuje lasersko sečenje ultra velike snage 12000 -15000V.
Stoga se generalno lasersko sečenje može koristiti za čelične ploče sa niskim sadržajem ugljenika debljine manje od 22-25 mm, ploče od nerđajućeg čelika, ploče od legure aluminijuma i ploče od legure bakra manje od 10-16 mm.

  • Među njima,
    Čelična ploča sa niskim sadržajem ugljenika debljine manje od 2-2,5 mm treba seći komprimovanim vazduhom pod visokim pritiskom;
  • Čelična ploča sa niskim sadržajem ugljenika debljine 2-2,5 mm treba da se preseče kiseonikom;
  • Ploču od nerđajućeg čelika, pocinkovanog lima, ploče od legure aluminijuma i ploče od legure bakra treba seći azotom ili vazduhom pod visokim pritiskom.

6. Izbor vazdušnog kompresora

6.1. Izbor pritiska i zapremine vazdušnog kompresora

Prema prethodnoj raspravi, problem koliko debljinu ploče može da iseče vazdušni kompresor opremljen mašinom za lasersko sečenje uglavnom zavisi od snage lasera, ali nema mnogo veze sa pritiskom komprimovanog vazduha.
Ako je snaga lasera ​​dovoljno velika, pritisak komprimovanog vazduha se takođe može smanjiti;
Ako snaga lasera ​​nije dovoljno velika, pritisak komprimovanog vazduha se ne može smanjiti.
Sve dok je snaga lasera ​​dovoljno velika, što je veći pritisak komprimovanog vazduha, bolji je kvalitet laserskog sečenja i veća je efikasnost sečenja.
Sa razvojem snage mašine za lasersko sečenje od male do srednje snage, zatim do velike snage, pa čak i super snage.
Potreba za pritiskom vazdušnog kompresora koji podržava mašinu za lasersko sečenje takođe se povećala sa početnih 8 bara na 13 bara pre dve godine, a zatim na 16 bara sada, a još uvek se razvija na 20-30 bara.
Za mašinu za lasersko sečenje koja koristi komprimovani vazduh kao pomoćni gas, komprimovani vazduh se nakon sušenja i prečišćavanja deli na tri kanala, koji se koristi kao gas za sečenje, izvor energije cilindra i gas za uklanjanje prašine sa pozitivnim pritiskom optičke putanje radi održavanja normalnog rada mašina za lasersko sečenje.
Udeo gasa za sečenje je oko 80-90% ukupne potrošnje komprimovanog vazduha.
Za mašinu za lasersko sečenje koja ne koristi komprimovani vazduh, ali koristi azot ili kiseonik kao pomoćni gas, i dalje joj je potreban mali vazdušni kompresor za napajanje cilindra sa izvorom atmosferskog vazduha od 6-7 bara.
Koliko kompresora vazduha treba opremiti za lasersko sečenje sa komprimovanim vazduhom kao pomoćnim gasom?
Kao pomoćni gas, komprimovani vazduh se raspršuje iz mlaznice koaksijalno laserskim zrakom kako bi se pomoglo lasersko sečenje.
Izračunavanjem protoka komprimovanog vazduha kroz mlaznicu može se odrediti koliko kompresora vazduha treba opremiti.
Apsolutni pritisak vazduha pre i posle mlaznice podešen je na P i P0.
Prema teoriji mlaznice, kada je P0/P ≤ 0,528, protok komprimovanog vazduha koji prolazi kroz mlaznicu u standardnom stanju je sledeći:

Gde je,

Q – protok vazduha, L/min
S – efektivna površina mlaznice, m2

μ -koeficijent protoka, μ <1 , generalno se uzima kao 0,92-0,94
A – područje mlaznice
d – prečnik mlaznice, m
p – apsolutni pritisak ispred mlaznice, Pa
T – temperatura stagnacije gasa ispred mlaznice, K
p – apsolutni pritisak ispred mlaznice, Pa
T – temperatura stagnacije gasa ispred mlaznice, K

U proračunu pražnjenja vazdušnog kompresora potrebno je uzeti u obzir vreme slobodnog hoda mašine za lasersko sečenje, stvarno radno vreme je između 50-70%.
Stvarni potrebni pomak QN izračunava se na sledeći način:

Prema snazi mašine za lasersko sečenje, uobičajenih sedam specifikacija mlaznica je: 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 mm. Slika 12 prikazuje protok pomoćnog gasa mlaznica sa različitim pritiskom sečenja.

Slika 12 Brzina protoka pomoćnog gasa mlaznica sa različitim pritiskom sečenja, m3/min

Primer 1:

Mašina za lasersko sečenje korisnika koristi mlaznicu od 2,0 mm, a očekuje se da će pritisak sečenja dostići apsolutni pritisak od 1,6 MPa.

Kako treba opremiti vazdušni kompresor?

Odgovor:

Kao što je prikazano na slici 12, za mlaznicu od 2,0 mm potreban je protok komprimovanog vazduha od 0,491 m3/min za održavanje apsolutnog pritiska od 1,6 Mpa;

Ako je stvarno vreme otplinjavanja 70% i 90% istiskivanja vazduha kompresora se koristi za proračun pomoćnog sečenja, potrebna zapremina gasa je: 0,491 * 0,7/0,9 = 0,382 m3/min, a zapremina dva kompresora nije manja od 0,764 m3/min.

Nominalni kapacitet pražnjenja kompresora Baode11TK/16 je 0,97 m3/min, koji može biti opremljen sa dve mašine za lasersko sečenje sa mlaznicom od 2,0 mm (jedna sa dva pogona), ili mašinom za lasersko sečenje sa mlaznicom od 2,5 mm.

Primer 2:

Kako integrisani vazdušni kompresor Baode15TK/16 za lasersko sečenje može biti opremljen mašinom za lasersko sečenje?

Odgovor:

Nominalni kapacitet pražnjenja kompresora Baode15TK/16 je 1,27 m3/min, što se može pretvoriti u: 1,27 * 0,9/0,7 = 1,633 m3/min

Prema slici 12, jedan integrisani vazdušni kompresor Baode15TK/16 za lasersko sečenje može biti opremljen jednom mašinom za lasersko sečenje opremljenom sa mlaznicom od 3,5 mm ili dve mašine za lasersko sečenje sa mlaznicom od 2,5 mm (jedna sa dva pogona).

6.2. Izbor tipa i sistema vazdušnog kompresora

Kvalitet komprimovanog vazduha ima direktan uticaj na kvalitet laserskog sečenja, a mašina za lasersko sečenje generalno mora da radi neprekidno, pa se vazdušni kompresor obično postavlja blizu mašine za lasersko sečenje.
Zbog toga vazdušni kompresor mora biti opremljen dobrim sušačem za uklanjanje vlage u komprimovanom vazduhu što je više moguće, a visoko precizna grupa filtera sa dovoljnom preciznošću mora biti konfigurisana nakon sušara za potpuno filtriranje čestica ulja i prašine.
Nakon naknadne obrade, tačka rošenja pod pritiskom komprimovanog vazduha dostiže 2-5 ℃, zaostali sadržaj ulja je manji od 0,001 ppm, a sadržaj čestica je manji od 0,01 mM,
Nakon što se komprimovani vazduh osuši, temperatura se vraća na normalnu temperaturu, što može efikasno izbeći ponovnu kondenzaciju,
Takav visokokvalitetni komprimovani vazduh može zadovoljiti dugotrajan stabilan rad mašine za lasersko sečenje, bez čestog brisanja zaštitnog sočiva.
Klipni vazdušni kompresor lako se dobija visokim pritiskom, ali klipni vazdušni kompresor je bučan, ima mnogo osetljivih delova i izduvno ulje se ne rukuje dobro.
Zbog toga se ne preporučuje upotreba klipnog vazdušnog kompresora ispod 1,6 Mpa.
Općenito se preporučuje odabir zračnog kompresora sa vijcima sa odgovarajućim hladnjakom za sušenje i preciznim filterom ispod 1,6 Mpa.
Kompresor treba da usvoji motor sa promenljivom frekvencijom sa permanentnim magnetom, koji može održati stabilnost pritiska dovoda vazduha i osigurati najbolji efekat sečenja.
Budući da većina korisnika nema znanje o kompresoru vazduha i tretmanu prečišćavanja komprimovanog vazduha, ako korisnici kupuju kompresor vazduha, rezervoar za skladištenje vazduha, sušač za hladnoću i filter jedan po jedan, a zatim ih sami instaliraju, to nije samo problematično, ali i verovatno da ceo sistem ne može da ispuni zahtevane zahteve kvaliteta vazduha.
Integrisani vazdušni kompresor integriše kompresor, rezervoar za skladištenje vazduha, separator vode, sušač za hladno sušenje i filter u jedan, što štedi probleme sa korisnikovim rezervoarom za gas, hladnjakom za sušenje i filterom, probleme sa instalacijom i povezivanjem korisnika na licu mesta i problemi sa uslugama koje pruža više dobavljača.
Može da obezbedi kontinuiran, stabilan i čist komprimovani vazduh, što je idealan izbor za podršku mašina za lasersko sečenje velike snage.

Slika 13 Integrisani vazdušni kompresor za mašinu za lasersko sečenje

Trenutno mašina za lasersko sečenje kojoj je potrebno više od 1,6Mpa komprimovanog vazduha uglavnom koristi klipni kompresor, ali je njegov razvoj relativno spor zbog ograničenja pouzdanosti i kvaliteta klipnog kompresora.
Sa popularizacijom laserske mašine za rezanje velike snage, potražnja za sečenjem debelih ploča raste.
Potrebno je razviti vijčani vazdušni kompresor visokog pritiska sa malim protokom sa nazivnim pritiskom pražnjenja ≥ 2,0 MPa.

7. Problemi na koje treba obratiti pažnju

7.1 Preveliko razmatranje troškova kupovine


Prilikom kupovine kompresora za vazduh koji se koristi za lasersko sečenje, ako se pretjerano uzmu u obzir nabavni troškovi, vjerovatno će se na kraju kupiti gomila trule robe.
Pošto dobavljač kompresora za vazduh takođe želi da zaradi, ako vam proda sistem kompresora sa visokokvalitetnim komprimovanim vazduhom po najnižoj ceni na tržištu, neće biti profitabilan.
Radi posla i profita, on može samo inferiorno zameniti dobrim, a male zameniti velikim.
Na primer, radi konkurencije i profita, rashladne sušare sa nominalnim protokom obrade od 1 m3/min su sada na tržištu, nijedna od njih ne može dostići nominalnu temperaturu rosišta pod pritiskom od 2-8 ℃, a stvarna tačka rosišta je iznad 12-16 ℃.
Ako je vazdušni kompresor za lasersko sečenje opremljen takvom mašinom za sušenje na hladnom, zaštitna sočiva moraju se brisati više puta dnevno, a kvalitet laserskog sečenja se ne može garantovati.
Slično tome, jezgro za razdvajanje nafte i gasa i njegova sopstvena vrednost nije visokoprecizni filter nije jeftin.

7.2 Psihologija pohlepe

U izboru vazdušnog kompresora, korisnik će generalno izabrati vazdušni kompresor sa većim radnim zapreminom od stvarne potražnje, a prodajno osoblje je takođe spremno da proda vazdušni kompresor sa velikim radnim zapreminom.
Međutim, ako je radni kapacitet kompresora vazduha prevelik, mnogo veći od stvarne potražnje.
Čak i ako vazdušni kompresor ima regulaciju pretvaranja frekvencije, to takođe može prouzrokovati rad kompresora na najnižoj frekvenciji, dovod vazduha je i dalje prevelik, a mašina mora da pređe u stanje mirovanja.
Da bi se održao stabilan pritisak dovoda gasa, nakon što se gas nastavi, vazdušni kompresor mora da počne sa radom.
Takvi česti „start-run-sleep-start-run-sleep“ ne samo da će skratiti radni vek vazdušnog kompresora, već će i uzrokovati stvaranje mehurića u mazivu ulja u separatoru ulja i gasa i povećanje sadržaja ulja u izduvnim gasovima.
Kada je „vazdušni kompresor prevelik“ postao stvarnost, potrebno je izmeniti parametre kontrolera kako bi se pokušao smanjiti broj automatskog pokretanja i zaustavljanja kompresora vazduha, kao što je promena normalnog kašnjenja od 10 s bez opterećenja na 180 s kašnjenje u praznom hodu.

7.3 Dobre radne navike

Ako se prvo pokrene vazdušni kompresor, a zatim se uključi hladnjak za sušenje, moguće je da izduvni sistem ne može dugo da dostigne željenu tačku rose.
U ovom trenutku, ako se koristi mašina za lasersko sečenje, moguće je da se voda u komprimovanom vazduhu zamagli na zaštitnom sočivu glave za lasersko sečenje.
Prava radna navika je da prvo pokrenete sušač za hladno sušenje, a zatim i kompresor vazduha kada temperatura rashladnog fluida padne na oko 5 ℃.

7.4 Podešavanje radne temperature

Temperatura izduvnog vazduha opšteg kompresora vazduha sa izduvnim pritiskom 7-8 bara nije veća od 90 ℃ u normalnim uslovima korišćenja.
Proizvođač obično postavlja temperaturu izduvnih gasova na 78-85 ℃.
Međutim, za vazdušne kompresore sa izduvnim pritiskom većim od 1,6Mpa, ako je potrebna tako niska temperatura izduvnih gasova, biće katastrofa ako se koristi na mašini za lasersko sečenje.
Pošto vazdušni kompresor visokog pritiska radi leti i ima samo 80 temperature temperaturu izduvnih gasova, izduvni sistem će biti veoma lako odvojiti vodu, što će rezultirati emulgiranom penom ulja za podmazivanje koja će izazvati naglo povećanje sadržaja ulja u izduvnim gasovima.
Zbog toga je nemoguće iseći ili izrezati otpadne proizvode, pa čak i oštetiti sočivo za fokusiranje.
Temperaturu izduvnih gasova treba postaviti prema različitim mestima i godišnjim dobima prema slici 14.

Slika 14 Tačka rosišta zasićenog vazduha

Temperatura rosišta pri različitim ulaznim temperaturama i izduvnim pritiscima,
@Unos zasićenja atmosferom
Temperatura rosišta zasićenja, oC
Izduvni pritisak, MPa (a)

7.5 obratite pažnju na svakodnevno održavanje

1) Pre formalnih poslova svaki dan, kondenzat u rezervoaru za vazduh treba isprazniti i posmatrati uljnu mrlju vode iz kondenzata.

2) Potrebno je posmatrati stanje povratnog ulja cevi za povrat ulja iz separatora ulja-gasa do glavnog motora kompresora kroz kontrolno staklo (slika 15) da bi se procenilo da li je sadržaj ulja u izduvnim gasovima visok ili nizak, i da li je potrebno zameniti ulje za podmazivanje ili jezgro za odvajanje ulja.

a. Brz protok vazduha koji prenosi malu količinu ulja za podmazivanje kroz ogledalo-normalno;

b. Pogledno staklo je puno ulja za podmazivanje i sporo se kreće – cevovod je blokiran i potrebno ga je očistiti;

c. Brzi protok vazduha prenosi veliku količinu ulja za podmazivanje kroz kontrolno staklo- efekat odvajanja ulja je loš, a sadržaj ulja u izduvnim gasovima visok, što je potrebno odmah rešiti.

Slika 15 Staklo za vraćanje ulja

3) Zamenite filter element preciznog filtera u roku koji je odredio proizvođač

4) Zamenite element filtera vazduha, separator ulja, filter ulja i ulje za podmazivanje u roku koji je odredio proizvođač.

Zaključak: komprimovani vazduh se široko koristi kao pomoćni gas u mašini za lasersko sečenje.

Može zameniti kiseonik za sečenje lima od ugljeničnog čelika i azot za sečenje nerđajućeg čelika, pocinkovanog lima, legure aluminijuma i legure bakra.

Pravilan izbor i upotreba vazdušnog kompresora ne samo da može garantovati kvalitet laserskog sečenja, već i postići dobru efikasnost sečenja i očiglednu uštedu troškova.

Pratite nas

  • Opens in a new tab
  • Opens in a new tab
  • Opens in a new tab
  • Opens in a new tab

Najnovije

Kontakt

Pošaljite Upit

Za sve dodatne informacije kontaktirajte nas