Може ли генераторите на азот да подобрят косвеното скорост на лазерната резка?

Ролята на азота при качеството и ефективността на лазерното рязане

Какъв е принципът на лазерното рязане?

Принципът на лазерното рязане се основава на използването на високоинтензивен, кохерентен лазерен лъч за прорязване на различни материали. Ето подробно обяснение:

Лазерният генератор произвежда концентриран лъч светлина, която се усилва, за да се постигне изключително висока плътност на енергията. След това този лъч се насочва през серия от огледала или лещи, за да се фокусира в изключително малка точка — често само няколко микрометра в диаметър — върху повърхността на целевия материал.

Когато фокусираният лазерен лъч достигне материала, неговата интензивна енергия се абсорбира, бързо загрявайки материала в точката на контакт до изключително високи температури (често надхвърлящи хиляди градуса по Целзий). Тази интензивна топлина кара материала да премине през процеси като топене, изпаряване или дори горене, в зависимост от типа на материала (напр. метал, пластмаса, дърво) и параметрите на лазера (мощност, дължина на вълната).

За да се постигне чист разрез, често се използва газов струя (като кислород, азот или компресиран въздух), която се насочва успоредно на лазерния лъч. Този газ изпълнява няколко функции: той отстранява разтопеното или изпареното от областта на рязането, предотвратявайки повторното му залепване към обработваната детайл; в някои случаи (като рязане на метали с кислород), той може също да встъпи в реакция с материала, за да ускори процеса на горене и да увеличи ефективността на рязането.

Лазерният лъч и обработваната детайла се движат един спрямо друг (чрез движение на лъча, детайла или и двете) по прецизен път, контролиран от системи с числови програмен контрол (CNC). Това позволява изключително точни, сложни резове с минимални материали отпадъци, тъй като тесният лазерен лъч създава много тесни резове (ширината на реза).

Обобщавайки, лазерното рязане комбинира концентрираната топлинна енергия на лазер с прецизен контрол на движението, за да разделя материалите чрез локално загряване и отстраняване на целевия материал.

Как азотният газ предпазва от окисляване по време на лазерно рязане

Инертният характер на азота помага да изтласка кислорода от зоната на рязане, спирайки окисляването, което води до проблеми с промяна на цвета и всъщност прави материалите по-слаби по структура. Неръждаемата стомана е особено чувствителна в този аспект, тъй като има тенденция да формира грапави, неравни ръбове, когато в присъствие на кислород се извършват операции по лазерно рязане.

Чистота на поддържащия газ и нейното влияние върху прецизността и скоростта на рязане

Нивото на чистота на азота наистина има значение за това колко добре работят лазерите. Въз основа на принципа на лазерната рязка, различните материали изискват различна чистота на поддържащия газ по време на процеса на рязка. За неръждаема стомана е необходим азот с чистота 99,99%, за да се осигури гладка повърхност след рязка. За въглеродна стомана и алуминиеви сплави е необходим азот с по-ниска чистота, поради свойствата на материала. Чрез настройка на чистотата на азота в поддържащия газ, тези метални материали могат да се режат с перфектна повърхност и идеална скорост. За неръждаемата стомана използването на азот с висока чистота от около 99,9% или по-добре прави голяма разлика. Това помага за създаването на необходимата стабилна светлинна пътека за прецизни ширини на реза, а също така намалява необходимостта от допълнителна обработка след това. Въпреки това, поддържащият газ с по-ниска чистота на азота допринася за процеса на рязка с по-голяма скорост и без образуване на грапавини при рязка на въглеродни плочи, цинкани плочи и алуминиеви сплави.

Защо високото налягане на азота е от съществено значение за неръждаемата стомана и алуминия

При рязане на неръждаема стомана и алуминий обикновено е необходимо налягане на азота от около 16 до 20 бара, за да се отстрани цялата разтопена материя от зоната на рязане. Когато налягането падне под този диапазон, често остава остатъчен материал, което може да доведе до проблеми като излишен натрупване на топлина и деформация на детайлите при охлаждането им. В промишлеността е установено, че при работа с алуминиеви листове с дебелина 5 мм, увеличаването на налягането на азота всъщност прави краищата по-прави с около 40%, според тестове, проведени в производствени съоръжения. Това е от голямо значение за детайли, използвани в самолети и автомобили, където дори най-малките отклонения имат значение – спецификациите често изискват измервания с точност до 0,1 мм или по-добре.

Гарантиране на непрекъснато захранване с азот чрез генератори по изискване

Как генераторите на азот произведат високо-чист газ на място

Съвременните азотни генератори използват технологии за адсорбция при променливо налягане (PSA) или мембранна сепарация, за да извличат азот от компресиран въздух, като по този начин постигат чистота до 99,99% - което надхвърля изискванията за повечето приложения при лазерна резка. Тези системи автоматично регулират изхода си въз основа на текущото търсене, като поддържат оптимално качество на газа без необходимост от ръчно намесване. Raysoar разработи различни серии PSA азотни генератори, за да удовлетвори различните приложения при резка, съобразно изискванията на различните клиенти.

Елиминиране на простоите поради смяна на бутилки и закъснения при доставките

Старомодните методи за получаване на азот просто създават главоболия за повечето растения. Обектите, които продължават да използват цилиндрови системи, губят около 12 до 18 часа всеки месец, занимавайки се със смяната на резервоарите и координирането на доставките. Производството на азот директно на мястоотстранява всички тези прекъсвания, защото по този начин се осигурява практически неограничен запас по всяко време. Разликата е особено важна при работа с блестящи метали като алуминий. Всеки, който е изпробвал лазерно рязане, знае, че непостоянният газов поток разваля процеса. Затова все повече работилници, произвеждащи прецизни части, последно преминават към генератори на азот на място.

Обслужване на клиенти Кейс Студи: €200 Спестяване на ден

Производител на мебели, базиран в Северна Европа, е закупил азотна генераторна система от серията BCP от Raysoar.

Лазерна машина за рязане: 4kw рязане на плоскости 1 единица /3kw рязане на тръби 1 единица

Материал за рязане: неръждаема стомана/ въглеродна стомана/алуминиеви сплави

Дебелина на материала:1.5mm/3mm

Разходи за газ в цилиндри, включително транспортиране: евро350/пакет(8 броя) x 2 пакета/седмица x 45 седмици = евро 31500/година

Чрез инвестиция в азотен генератор на Raysoar BCP40, клиентът ще постигне връщаемост на инвестицията в рамките на 12 месеца.

В сравнение с газовите бутилки, азотният генератор изисква само електроенергия, чиято цена е около евро 0,06/kwh, евро 15/ден, евро 3348/година. Освен това, разходите за труд при смяната на газовите бутилки от работниците са достатъчни, за да компенсират разходите за поддръжка на азотните генератори, а може и да ги надхвърлят.

Как непрекъснатият процес увеличава ефективната скорост на лазерна резка

Стабилно налягане и дебит на газа за постоянни режещи резултати

Генераторите на азот поддържат стабилно налягане на газа с отклонение около 2% по време на лазерното рязане, което елиминира досадните колебания, водещи до лошо рязане или натрупване на нечистотии. Благодарение на това постоянно налягане операторите могат да работят с максимална скорост на рязане, без да се налага постоянно ръчно коригиране. Това е особено важно при материали като неръждаема стомана и алуминий, където дори малки промени в газовия поток могат да имат голямо значение. Според данни от Fabrication Efficiency Report, публикуван миналата година, ширината на процепа може да се увеличи с до 15%, когато подаването на газ не е стабилно. Следователно прецизният контрол върху подаването на азот не е просто желателен, а е абсолютно необходим за осигуряване на качествена работа.

Намалени прекъсвания увеличават общото използване на оборудването

Лазерни системи, използващи генератори на азот на място, постигат 92% време на работа в сравнение с 76% при системи с бутилки. Тази разлика от 16% се дължи на избягването на смяната на газта и времето за доставка – фактори, които иначе принуждават 6–8 дневни спирания в работата в цехове с висок обем производство.

По-високо качество на рязане намалява необходимостта от корекции и вторични операции

Постоянно измерване на чистотата на азота над 99,95% намалява дефектите, свързани с оксидацията, с 40% според 12-месечни проучвания в 47 предприятия за металообработка. Това директно води до намаление с 29% на трудозатратите за шлайфане и полиране – операции, които иначе компенсират очевидните придобивки в скоростта на рязане от нестабилни доставки на газ.

Генератори на азот срещу традиционно газоснабдяване: цена, надеждност и мащабируемост

Сравнение на производството на място с течно азотно и бутилково снабдяване

Използването на генератори на азот може значително да намали постоянните разходи за цехове, използващи лазерна рязка, тъй като вече няма нужда да се купува и съхранява газ. Традиционните инсталации, използващи резервоари с течен азот и бутилки, изискват постоянни попълнения, които обикновено струват между 1.50 и 4 долара за всеки 100 кубични фута използван газ. Когато обаче компаниите монтират собствени системи за генериране на азот на място, разходите за производство обикновено падат под 30 цента за 100 кубични фута след като първоначалните инвестиции се върнат за период от 9 до 24 месеца. Освен икономията на средства, тези системи също така избягват проблемите, свързани със свършването на газа в критични моменти. Според индустриални доклади, много производители, които все още разчитат на външни доставчици, губят около 12 до 18 часа годишно само заради изчакване на доставки. За цеховете, които се стремят да останат конкурентоспособни, избягването на такъв непланов простои прави голяма разлика при спазването на сроковете и поддържането на доволните клиенти.

Екологични и оперативни предимства на вътрешното захранване с азот

Производството на азот на място може да намали въглеродния отпечатък с около 30 процента, тъй като се избягва транспортирането на газови бутилки или доставки на течен азот. Според няколко последни проучвания, безопасността на работното място също се подобрява – предприятията са отчетли намаление с около 65% на инциденти, свързани с ръчното боравене с газове, след прехода към генераторни системи. Нивото на чистота остава над 99,95% през по-голямата част от времето, което означава, че материалите се окисляват по-малко по време на обработката. Това е от голямо значение в индустрии като авиокосмическото производство, където дори най-малките примеси могат да повредят компоненти, както и при производството на медицински устройства, изискващи абсолютно прецизност при изработката.

Мащабируемост за нарастващи нужди при лазерно рязане и металообработка

Модулните азотни генератори доста добре се справят с променящите се производствени нужди, като позволяват на заводите да увеличат производството си с около 40 до дори 200 процента, без да е необходимо да се подменя съществуващото оборудване. Този вид гъвкавост наистина помага при големите обеми на производство, които работят 24/7, като металообработващите цехове, които се нуждаят от постоянно подаване. Традиционните газови системи просто не могат да се справят, когато скоростта на потока надхвърли около 50 кубически метра в час. Полево разширяемият дизайн означава, че тези устройства могат да се свържат към допълнителни лазерни резачки по всяко време, което значително намалява разходите за инфраструктура в сравнение с тези за инсталиране или модернизация на резервоари за съхранение на течен азот по-късно.

Дългосрочни производствени придобивки и тенденции в индустрията за усвояване

Постоянна ефективност през смени и високопроизводствени операции

Машините за рязане с лазер остават по-продуктивни по-дълго време, когато използват генератори на азот вместо традиционни бутилки. Непрекъснатият поток на газ означава, че машините спират по-рядко, което е особено важно за производствени съоръжения, работещи 24/7. Фирми, които са преминали към генератори, съобщават за около 12 процента по-малко колебания в налягането през работните смени, което прави голямата разлика при поддържането на добро качество на рязане, независимо дали е първият ден или третата нощна смяна. Наистина важно е колко време се губи, докато се чака за смяна на газа. С генераторите няма нужда да спирате производството на всеки няколко часа, за да извършите досадната смяна на бутилките, която обикновено отнема между двадесет и четиридесет минути. За производители, занимаващи се с големи обеми от части от неръждаема стомана и алуминий, такава надеждност директно се отразява в икономии по счетоводната линия.

Нарастваща употреба на генератори на азот в прецизното производство

Най-новият доклад за приложения на индустриални лазери за 2024 г. показва нещо интересно: използването на генератори за азот е скочило с 22% спрямо предишната година в секторите за производство на авиационни и медицински устройства. Защо се случва това? Ами, просто защото днешните лазерно произведени компоненти трябва да са изключително прецизни. Повечето производители на прецизни детайли (говорим за 94% от тях) просто не се задоволяват с нищо под 99,95% чистота на газа. Автомобилната индустрия също е видяла реални придобивки от това. Вземете един голям доставчик от първо ниво, който премина към производство на собствен азот на място. Резултатите им бяха доста впечатляващи всъщност – постигнаха до 98% доброкачествен изход при рязане на тези деликатни компоненти за EV батерии. Всъщност, когато се замислите, това напълно логично.

Често задавани въпроси

Защо се използва азот при лазерното рязане?

Азотът се използва при лазерната рязка, за да се предотврати окисляването, което може да ослаби материалите и да засили качеството на повърхностната обработка. Използването на азот помага да се запази якостта на материалите и да се постигнат по-точни резове.

Какво е значението на чистотата на азота при лазерната рязка?

Чистотата на азота е важна, защото тя влияе на точността и скоростта на лазерната рязка. Високата чистота (около 99,9%) осигурява по-добра скорост на рязка и прецизност, като се намали натрупването на шлака и разсейването на енергията.

Как високото налягане на азота влияе на лазерната рязка?

Азотът с високо налягане (16 до 20 бара) е от решаващо значение за ефективното отстраняване на разтопените материали, осигурявайки чисти резове без остатъци, които могат да предизвикат натрупване на топлина или деформация.

Какви са предимствата от генерирането на азот на място?

Генерирането на азот на място осигурява непрекъснато доставяне, намалява прекъсванията в операциите вследствие на смяна на бутилки, намалява разходите и подобрява безопасността на работното място, като се избегнат инциденти, свързани с ръчната работа с газове.