Suositeltava apukaasu keskituotteiselle ja ohuelle hiiliteräkselle: sekoitettu kaasu, happi, typpi vai ilma?

3–14 mm:n paksuiset pehmeän teräksen levyt ovat yleisimmät materiaalit levytöitämisliikkeissä. Ne eivät ole niin ohuita, että ilmalla leikkaaminen olisi helppoa, eivätkä ne ole niin paksuja, että pelkkä happi olisi ainoa tehottoma vaihtoehto leikkaukseen. Juuri tämän takia kaasun valinta tälle paksuusalueelle muodostaa prosessi-insinööreille jatkuvan kolmiportaisen valinnan – leikkausnopeus, leikkausreunan laatu ja kaasukustannukset ovat jatkuvasti keskenään ristiriidassa.

Pelkän hapen käyttö: hitaan leikkausnopeuden ja tehottoman käsittelyn aiheuttaja; pelkän typpikaasun käyttö: erinomainen leikkauspinnan laatu, mutta korkeat kaasukustannukset; ilman käyttö: alentaa kustannuksia, mutta pinnan hapettuminen ja pohjassa muodostuva sulamisjäämä lisäävät myöhempää käsittelyä.

Tässä artikkelissa käytetään suoraa lähestymistapaa. Ensimmäiseksi tarkastellaan kolmea puhtaasta kaasusta koostuvaa leikkausstrategiaa, jotka ovat tämän paksuusalueen käytettävissä, ja sen jälkeen esitetään toteuttamiskelpoinen sekoitusratkaisu.

Kaasunvalinnan kolmiportainen ongelma 3-14mm hiiliteräkselle

Selvennetään ensin konfliktin ydin. Jokaisella kolmesta kaasusta on tässä paksuusalueessa korvaamaton etu, mutta kussakin on myös heikkouksia, joita ei voida sivuuttaa.

Puhtaalla hapilla leikkaaminen: nopea, mutta karkea leikkauspinta
Hapilla leikkaamisen nopeus 3–14 mm:n hiiliteräksellä on yleensä liian alhainen.

Ferritin palamisreaktio tuottaa lisälämpöä; leikkauslaadun ja -vakauden varmistamiseksi tehoa joudutaan joskus vähentämään leikkaamisen aikana.

Tehtaissa, joissa maksu perustuu kappalemäiseen hinnoitteluun, nopeus on voittoa. Mutta hinta on yhtä selvä: leikkauspinta peittyy mustalla tai tummansärvyisellä hapasella kerroksella, joka voi olla kymmeniä mikrometrejä paksu, karkea ja tiukasti kiinnittynyt perusmateriaaliin. Tämä hapakerros muodostaa esteen seuraavaa hitsausta tai maalausta varten – hitsausta ennen on pakko hioa ja maalausta ennen vaaditaan hiomakoneella puhdistaminen. Jos asiakkaan piirustuksessa määritellään 'näkyvä pinta' tai 'hitsaa ilman jälkikäsittelyä', puhtaalla hapella leikattu osa on puolivalmis, jolloin lisäkustannukset syntyvät myöhempänä tuotantoprosessissa.

Puhtaalla typillä leikkaus: ilman jälkikäsittelyä tehtävä valmis pinta ja kustannuspaine
Puhdas typen leikkaus tuottaa hopeanvalkoisen, kiiltävän leikkauspinnan, joka on lähes oksiditon ja valmis suoraan hitsattavaksi ja maalattavaksi. Tämä on laatuosaston unelma. Kuitenkin hiiliteräksellä, jonka paksuus ylittää 3 mm, puhdasta typpeä käytettäessä kaasun kulutus on valtava. Jotta leikkauspinnan alareuna pysyy kirkkaana ilman sulamisjätteitä, paine ja virtaus on pidettävä korkealla. 12 kW:n kone voi kuluttaa helposti 80–90 Nm³/h typpeä tunnissa leikatessaan 8 mm:n hiiliterästä. Jos käytetään nestemäistä typpeä, tämä kaasukustannus saattaa ylittää koneen kokonaistoimintakustannukset – sähkö, työvoima, poistot ja kaikki muut yhteensä. Kova todellisuus: kun leikataan 8 mm:n hiiliterästä puhdalla typellä, mitä enemmän leikataan, sitä ohuemmaksi voivat tulla voitot.

Ilmalla leikkaaminen: erinomainen kustannustehokkuus, mutta oksidikerroksen hintana
Voiko ilmakatkaisua käyttää 3–14 mm paksuiseen hiiliteräkseen? Kyllä, mikäli hyväksytty leikkauspinta on riittävän laaja. Ilmalla leikatun pinnan väri vaihtelee vaalean kultaisesta ruskeaan, ja pinnalla on tiukka oksidikalvo. Tämä kalvo on huomattavasti ohuempi kuin puhtaasta haposta saatu musta kala. Vertailussa puhtaaseen typpeen, jonka leikkauspinta on kirkkaan valkoinen, ilmalla leikattu pinta on selvästi "väritetty". Tärkeämpää on kuitenkin se, että leikkauspinnan alareunan teräkset kasvavat jatkuvasti ohuista paksuimpiin levyihin, mikä tekee niiden poistamisesta erinomaisen vaikeaa.

Ilmakatkaisun etuna on lähes nolla kustannus; haittapuolena on kuitenkin se, että tämä oksidikalvo ja teräkset eivät ole tiettyihin sovelluksiin edelleenkään hyväksyttäviä. Jos leikkaat esimerkiksi hyllylevyjä, koneiden perusrungon kehyksiä tai sisäisiä vahvistusripuksia – osia, jotka sijoitetaan koneiden sisään tai jotka maalataan – ilmakatkaisu on optimaalinen ratkaisu. Jos kuitenkin asiakas haluaa näkyvän esteettisen osan, ilmakatkaisu ei riitä.

Alla oleva taulukko tiivistää kunkin lähestymistavan edut ja haitat, mikä tekee päätöspisteet selkeiksi:

Tästä vertailutaulukosta päätelmä on ilmeinen: yksikään pelkkä kaasustrategia ei voi samanaikaisesti täyttää nopeuden, laadun ja kustannusten kolmea vaatimusta. Tässä juuri tulee esille sekoitettu kaasustrategia.

Suositeltu sekoitusstrategia: Korkean tasapainon logiikka  Typpi + vähän happoa

Kaasuseos ei ole kahden kaasun yksinkertainen sekoitus. Se hyödyntää hapen palamista edistävää vaikutusta ja typen jäähdyttävää ja suojaavaa vaikutusta luodakseen leikkausaukossa "hallitun mikrooksidation" ympäristön.

Kun typen kaasuseos (94–96 %) yhdistetään laser säteilyyn ja kohdistetaan materiaaliin, tapahtuu kaksi muutosta. Ensinnäkin typpi inerttinä komponenttina laimentaa hapen pitoisuutta, mikä hillitsee rauta-happi-polttoprosessin voimakkuutta. Oksidikalvo ei enää kasva hallitsemattomasti paksuksi kerrokseksi kuten puhtaassa happoleikkauksessa, vaan se rajoittuu tiukkaan muovikalvoon, jonka paksuus on vain muutamia mikrometrejä. Toiseksi typen virtauksen parantunut jäähdytysvaikutus leikkausurassa optimoi sulan metallin virtaavuutta ja vähentää huomattavasti leikkauspinnan alaosan lietteitä.

Tulos: Sekakaasujen käytöllä voidaan 6000 W:n ja 12000 W:n teho-olosuhteissa merkittävästi lisätä 3–14 mm paksuisen hiiliteräksen leikkausnopeutta verrattuna puhtaaseen happeen – nopeus kasvaa 85–364 prosenttia.

B leikkauspinnan väri muuttuu kuitenkin mustasta vaaleanharmaaksi, oksidikalvo ohenee merkittävästi ja hitsausta tai maalausta varten ei enää tarvita hiontaa. Tämä on sekoituslogiikan arvo – vaihtamalla hyväksyttävä määrä leikkausnopeutta saadaan toimitettava leikkauspinta, samalla kun kaasukustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat kuin puhtaassa typpikaasussa.

Otetaan esimerkiksi 8 mm:n pehmeä teräslevy ja 12 kW:n laserleikkaus. Tuotantotestausten kautta vahvistettu viitekoostumussuhde on 94 % typpeä. Tällä suhteella leikkausnopeus kasvaa 285 %:lla verrattuna puhtaaseen happikaasuun, mutta leikkauspinta on yhtenäisen vaaleanharmaa väriä, oksidikalvoa ei juurikaan tunnista kosketuksesta, ja hitsauslaatu täyttää standardien mukaiset rakennusosien vaatimukset.

Fiberlaserleikkauksen leikkausnopeuksien vertailutaulukko käytettäessä 3–14 mm Hiiliteräs （O₂ vs N₂/ilman

Raysoarin esiasennetut sekoitussuhteet ja parametrituki

Kaikki tämä keskustelu suhteista ja ikkunoista johtaa lopulta kahden asian toteuttamiseen työpajassa: vakaa ja luotettava kaasusekoituslaitteisto ja vahvistettujen parametriyhdistelmien joukko.

Raysoar n sekoitettu kaasuratkaisu tarjoaa esiasennettuja sekoitussuhdeehdotuksia 3–14 mm paksuille hiiliteräksille. Laseritehosi, materiaalin laadun ja paksuuden perusteella määrittelemme suositellun happi-typpisuhdeikkunan ja varmistamme tämän suhteen säilymisen vastaavalla kaasusekoituskabinaatilla, mikä takaa leikkaustulosten toistettavuuden jokaisella vuorolla ja jokaisella osaryhmällä. Tämä muuttaa "laatu-kustannustasapainon" sattumasta toistettavaksi standarditoimintaproseduuriksi.

3–14 mm:n pehmeässä teräksessä apukaasu ei ole musta-tai-valkoinen yksittäinen valinta. Opettele säätämään Raysoar ’n FCP-sarjan tuotteella ja saat samanaikaisesti nopeuden aseen ja kustannusten hallinnan voittokortin.