Приложението на въздуха като допълнителен газ при лазерното рязане.
В ежедневното производство на лазерно рязане изборът на подпомагащ газ рядко е въпрос с просто едно решение. Горенето на кислород отделя топлина и значително подобрява производителността при рязане, като притежава силна способност за рязане на дебели плочи — особено подходящо за средно- и дебелостенни въглеродни стомани с дебелина над 6 мм. Това е основният технологичен процес за лазерно рязане със средна и ниска мощност на дебели въглеродни стомани. Скоростта на рязане е умерена и стабилна и надвишава тази при рязане с азот в този диапазон на мощност, като същевременно се запазва контролираната зона, засегната от топлината. Рязането с кислород не се препоръчва за тънки плочи от въглеродна стомана, неръждаема стомана, алуминиеви сплави, изделия, които изискват директно напръскване/заваряване/електролитно поцинковане, или прецизни компоненти.
Чистият азот осигурява ярка, сребристо-бяла повърхност, но самата сметка за газа може да накара финансовия контрольор да намръщи вежди. Компресираният въздух — газът, който най-малко се смята за "газ" — тихо се превръща в предпочитаното оръжие за спестяване на разходи в все повече цехове за обработка на листов метал. Стоимостта му е почти нулева. При правилно използване той директно се превръща в печалба; при неправилно използване води до брак и простои.
Работен принцип на Режеща резка с помощта на компресиран въздух
Режещата логика при използване на компресиран въздух е принципно различна от тази при използване на кислород или азот. Рязането с кислород се основава на допълнителното топлинно количество, осигурено от реакцията на горене на желязо с кислород. Рязането с азот е чисто физически процес на изхвърляне на разтопения метал, комбиниран с инертна газова защита. Компресираният въздух, по същество, представлява високонапрежен, чист въздушен поток, изхвърлян със свръхзвукова скорост от дюзата, който изпълнява три функции: отстранява разтопения метал, охлажда реза и — тъй като съдържа около 21 % кислород — осигурява много слаба оксидационна реакция като допълнителен ускорител.
Има една физическа нюанса тук, която лесно се пропуска: плътността и топлинната капацитет на въздуха се различават от тези на чист азот. При едно и също налягане охлаждащият ефект на въздуха е малко по-слаб в сравнение с този на азота, тъй като присъствието на кислород леко променя термодинамичните свойства на газовия поток. Това води до леко по-голяма зона, засегната от топлината, при рязане с въздух. Предимството обаче е, че при тънки листове въздушният поток е достатъчно мощен, за да изхвърли течната шлака чисто, без нужда от допълнителна химична реакция.
Следователно основната същност на рязането с въздух е изключително физическо премахване + умерено окисляне. То не разчита на горенето на кислорода за скорост, нито пък напълно изолира рязаната повърхност от кислорода, както прави азотът. Това определя характеристиките на реза и границите на неговото приложение.
Приложими сценарии и разрушаване на разходите
Рязането с въздух не е универсално решение, но при подходяща цена то може да изпълни значителна част от работата.
Като пример с въглеродна стомана, максималната дебелина на листа, която може да се постигне чрез рязане с въздух, е директно пропорционална на мощното на лазера. При идентични единични условия (в kW и mm) стойностите са почти еднакви: система от 6 kW постига максимална дебелина при рязане с въздух от 6 mm, докато система от 20 kW достига 20 mm.
За части, които изискват последващо заваряване, боядисване или използване като конструктивни елементи, тази оксидна пленка напълно отговаря на изискванията. Когато дебелината надвишава 50 % от максималната дебелина за въглеродна стомана, въздушното рязане остава възможно с превъзходна скорост в сравнение с кислородното рязане; обаче оксидният слой по рязаната повърхност става по-дебел и по контура на рязането лесно се образуват забележими зауси — колкото по-голяма е дебелината на листа, толкова по-високи са заусите. Следователно въздушното рязане предлага ясни предимства по отношение на качество, ефективност и икономичност при тънки листове от въглеродна стомана. За дебели листове, като вътрешни подпори, основни рамки или усилващи ребра (които не изискват последваща обработка), въздушното рязане е най-икономичният вариант.
След това идват неръждаемата стомана и алуминиевите сплави. При неръждаемата стомана въздушното рязане води до потъмняла рязана повърхност и е подходящо само за приложения, при които няма изисквания към повърхностната отделка.
Лазерното рязане на алуминиеви сплави с въздух като допълнителен газ води до по-малко заострени краища и по-малко прилепване на шлака в сравнение с азота, макар и да не постига „нулеви заострени краища“. За постигане на почти нулеви заострени краища и елиминиране на окисляването се препоръчва смес от азот и кислород (малка част кислород, смесена с азот), която балансира „минималните заострени краища при използване на въздух“ с „ефекта на азота без окисляване“, което води до изключително фини заострени краища, подходящи за директно заваряване.
Преимуществото на рязането с въздух по отношение на разходите е неоспоримо. При типична високомощна лазерна режеща система, работеща непрекъснато, използването на чист азот като допълнителен газ може да доведе до значително потребление на газ — един високонапрежен цилиндър може да изтрайва само минути при пълна товарност, а месечните разходи за газ лесно могат да достигнат значителна част от операционните разходи. Превключването към течен азот подобрява цената на единица, но все още включва загуби, свързани с логистиката и съхранението.
Напротив, разходите за компресиран въздух включват само електроенергията, използвана за работа на компресора, и разходите за поддръжка. При избора на винтов компресор с подходяща мощност (не непременно по-мощен), часовите разходи за електроенергия остават изключително икономични.
Три ключови параметъра, определящи качеството на рязането с въздух
При използване на компресиран въздух най-голямата загриженост на производствената площадка не е бавната скорост, а непостоянството. Вчера резовете бяха перфектни; днес те са покрити с застъпки и черни петна. Къде е коренната причина? Четири параметъра не се контролират.
1. Стабилност на въздушното налягане
По време на рязане, ако налягането на газа се промени с повече от 0,5 бара, врязването незабавно ще покаже напречни ивици и прилепнала шлака. Това не е проблем с дюзата — това е проблем с подаването на газ. В заводите често се наблюдава спад на налягането, когато няколко машини пробиват едновременно. Решението не е да се увеличи максимално изходното налягане на компресора, а да се инсталира резервоар за въздух с достатъчен обем (обикновено с обем 20–30 % от производителността на компресора в м³) и да се осигури контрол върху загубите на налягане в тръбопроводите.
2. Съвпадение на дебита
Разходът на газ за рязане с въздух зависи от диаметъра на дюзата и налягането на режещия газ. Приблизителна оценка показва, че при използване на дюза с диаметър 3,0 мм и налягане 10 бара разходът е 40 м³/ч на единица; когато три единици работят едновременно, общият разход на газ достига 120 м³/ч — точно съответстващ на пълната номинална работна мощност на Модел PAB30 (120 м³/ч). Инсталирането на няколко единици с прекалено малки компресори всъщност ограничава способността на дюзата за подаване на газ, което води до лошо качество на рязането.
3. Контрол на точката на оросяване
Тук се случват повечето повреди. Сгъстеният въздух, излизащ от компресора, е горещ, влажен и маслен. Ако постъпи направо в главата за рязане, водната пара ще се кондензира върху защитното стъкло. При попадане на лазерния лъч стъклото моментално се замъглява и изгаря. Следователно точката на оросяване под налягане трябва да се поддържа при 3 °C или по-ниска, предпочтително при -20 °C или дори по-ниска. Това означава, че след компресора за въздух трябва да се инсталира хладилна сушилня и прецизни филтри, а в райони с висока влажност е задължително използването на адсорбционна сушилня. Следователно точката на оросяване под налягане трябва да се поддържа при 3 °C или по-ниска, предпочтително при -20 °C или дори по-ниска.
Това изисква свързване на рефрижераторен осушител и прецизен филтър след въздушен компресор; в райони с висока влажност трябва да се инсталира рефрижераторен осушител с по-голяма производителност, за да се поддържат стабилни нива на точката на оросяване.
4. Контрол на съдържанието на масло
Смазочното масло в винтовите компресори участва в процеса на компресия, което води до съдържание на масло в изпускателния газ от 1–5 ppm. По-високите нива на масло намаляват ефективността при лазерно рязане, увеличават риска от изгаряне на лещите и повишават опасностите за безопасността; при лазерно рязане се изисква съдържание на масло ≤0,01–0,03 mg/m³ (≈0,01–0,03 ppm), предпочтително ≤0,001 ppm или директно използване на безмаслени устройства. За гарантиране на икономичността и стабилността при използване на винтови компресори за лазерно рязане трябва да се инсталира четиристепенна прецизна филтрационна система: C/T/A активен въглен за последователно премахване на вода, твърди частици и маслени мъгли. Трябва да се използва рефрижераторен осушител с налягане на точката на оросяване ≤−20 °C, за да се минимизира емулгацията на маслото.
Източвайте ежедневно, заменяйте филтърния елемент на всеки 3 месеца и почиствайте тръбопроводите веднъж годишно.
Дълготрайна стабилна (препоръчителна) въздушна компресорна установка без масло: съдържание на масло = 0, което решава проблема в самия му източник; подходяща за високомощни агрегати (6 kW и повече) за масово производство, като например Серия PAP на напълно безмаслените въздушни компресори от Raysoar.
Типични характеристики на реза и приемливост
Режещият ръб от въглеродна стомана, получен чрез рязане с въздух, има бледо златисто-жълт или светло кафяв цвят. Повърхността му е гладка на допир, но при по-внимателно разглеждане се забелязва тънка, плътна оксидна пленка. Това не е грапавата черна окалина от рязане с чист кислород, нито ярко бялата повърхност от рязане с чист азот.
Може ли да се използва директно? Това зависи от процеса в по-ниското течение. Ако детайлът ще бъде покрит с прахово или боядисан, или заварен, тази оксидна пленка осигурява добра адхезия и може да се избегне предварителното шлифоване преди заваряване. Но ако в чертежа на клиента е посочено „изложената повърхност, без последваща обработка“, не използвайте рязане с въздух — превключете към смесен газ или чист азот. По този начин стойността на рязането с въздух не се състои в „добрия външен вид“, а в „достатъчно добра и евтина“ технология.
Поддържащата логика на въздушния компресор и системата за последваща обработка
В този момент се оформя ключов извод: рязането с въздух не е просто свързване на тръба към въздушен компресор; то представлява цяла система. Тази система трябва да включва поне следните компоненти:
винтов въздушен компресор → резервоар за сгъстен въздух → рефрижераторен сушилник → тристепенни прецизни филтри → тръбопровод → рязаща глава.
Рефрижераторният осушител заедно с прецизната филтрация е задължително изискване, а не опция. Без тях масата от масло и вода навлиза в лъчевия път и първо изгаря защитната леща, а след това и фокусиращата леща. Стоимостта на един такъв ремонт би могла да покрие закупуването на осушител за много години. Ако влажността на околната среда постоянно надвишава 70 %, рефрижераторният осушител сам по себе си не може да понижи точката на оросяване до -20 °C. Необходимо е да се добави адсорбционен осушител (осушител със сухо вещество), за да се достигне точка на оросяване от -40 °C или дори по-ниска.
Поддръжката, която Raysoar предоставя, започва точно тук: не просто продажба на въздушен компресор, а въз основа на вашата лазерна мощност, материала на плочата, влажността в работилницата и броя на едновременно работещи машини ние определяме пълния комплект — модела на компресора, обема на резервоара за сгъстен въздух, решението за осушаване и конфигурацията на филтрацията — заедно с пълен набор от шаблони на параметри. Вие инсталирате според плана, задавате параметрите и променливите в газовата верига се фиксират.
Резюме в едно изречение: Въздушното рязане е най-недооцененият процес за спестяване на разходи при лазерна обработка, но изискванията му към чистотата и стабилността на газовата верига не са по-малко строги от тези при рязане с азот. точка на оросяване, съдържание на масло, и въздухът се превръща в печалба. Загубите на контрол означават проблеми.
