लेजर कटिंग में सहायक गैस के रूप में वायु का उपयोग।

लेजर कटिंग के दैनिक उत्पादन में, सहायक गैस के चयन का प्रश्न शायद ही कभी एक सरल, एकल-उत्तर वाला प्रश्न होता है। ऑक्सीजन दहन से ऊष्मा मुक्त होती है, जो मोटी प्लेट कटिंग के लिए शक्तिशाली क्षमता के साथ कटिंग प्रदर्शन को काफी बढ़ाती है—विशेष रूप से 6 मिमी से अधिक मोटाई वाले मध्यम-मोटे कार्बन स्टील के लिए उपयुक्त। यह मध्यम-से-निम्न-शक्ति वाली लेजर कटिंग में मोटे कार्बन स्टील की कटिंग की प्रमुख प्रक्रिया है। कटिंग की गति मध्यम और स्थिर होती है और इस शक्ति सीमा में नाइट्रोजन-आधारित कटिंग की तुलना में अधिक होती है, जबकि ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों को नियंत्रित रखा जा सकता है। पतली कार्बन स्टील प्लेट्स, स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं, प्रत्यक्ष स्प्रे/वेल्डिंग/इलेक्ट्रोप्लेटिंग की आवश्यकता वाले कार्य-टुकड़ों, या सटीक घटकों के लिए ऑक्सीजन कटिंग की सिफारिश नहीं की जाती है।

शुद्ध नाइट्रोजन एक चमकदार, चांदी-सफेद परिष्करण प्रदान करता है, फिर भी केवल गैस का बिल ही वित्तीय नियंत्रक को चिंतित कर सकता है। संपीड़ित वायु — जिसे सबसे कम 'गैस' माना जाने वाला गैस — धीरे-धीरे अधिकाधिक शीट मेटल शॉप्स में लागत बचत के लिए पसंदीदा हथियार बन रही है। इसकी लागत लगभग शून्य है। इसका सही उपयोग करने पर यह सीधे तौर पर लाभ में परिवर्तित हो जाता है; जबकि गलत उपयोग करने पर यह अपव्यय (स्क्रैप) और डाउनटाइम का कारण बनता है।

काम का सिद्धांत संपीड़ित वायु-सहायित कटिंग

संपीड़ित वायु की कटिंग तर्कशास्त्र ऑक्सीजन या नाइट्रोजन की तुलना में मौलिक रूप से भिन्न है। ऑक्सीजन कटिंग लोहा-ऑक्सीजन दहन अभिक्रिया द्वारा प्रदान की गई अतिरिक्त ऊष्मा पर आधारित है। नाइट्रोजन कटिंग पूर्णतः भौतिक पिघले हुए धातु के निष्कासन और निष्क्रिय गैस द्वारा सुरक्षा के संयोजन पर आधारित है। संपीड़ित वायु, मूल रूप से, नोजल से सुपरसोनिक गति से निकलने वाली उच्च दाब वाली, शुद्ध वायु प्रवाह है, जो तीन कार्य करती है: पिघली हुई धातु को बहा देना, कटिंग रेखा (कर्फ) को ठंडा करना और — चूंकि इसमें लगभग 21% ऑक्सीजन होती है — एक अत्यंत हल्की ऑक्सीकरण अभिक्रिया प्रदान करना, जो एक सहायक प्रोत्साहन के रूप में कार्य करती है।

यहाँ एक भौतिक सूक्ष्मता है जिसे आसानी से नज़रअंदाज़ किया जा सकता है: वायु का घनत्व और ऊष्मा धारिता शुद्ध नाइट्रोजन से भिन्न होती है। समान दाब पर, वायु का शीतलन प्रभाव नाइट्रोजन की तुलना में थोड़ा कमज़ोर होता है, क्योंकि ऑक्सीजन की उपस्थिति गैस धारा के ऊष्मागतिक गुणों को सूक्ष्म रूप से प्रभावित करती है। इसके परिणामस्वरूप वायु काटने के दौरान ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र थोड़ा बड़ा हो जाता है। हालाँकि, इसका लाभ यह है कि पतली शीट्स के लिए, वायु प्रवाह पिघले हुए धातु-अवशेष को साफ़-साफ़ बाहर निकालने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होता है, बिना किसी अतिरिक्त रासायनिक अभिक्रिया की आवश्यकता के।

इसलिए, वायु काटने की मूल प्रकृति केवल भौतिक निकालने + हल्के ऑक्सीकरण पर आधारित है। यह गति के लिए ऑक्सीजन दहन पर निर्भर नहीं करता है, न ही यह कटिंग किनारे को ऑक्सीजन से पूरी तरह अलग करता है, जैसा कि नाइट्रोजन करती है। यही इसकी कर्फ विशेषताओं और इसकी अनुप्रयोग सीमाओं को निर्धारित करता है।

उपयुक्त परिस्थितियाँ और लागत विस्थापन

वायु काटना एक सार्वभौमिक समाधान नहीं है, लेकिन सही मूल्य बिंदु पर, यह कार्य का एक बड़ा हिस्सा संभाल सकता है।

कार्बन स्टील को उदाहरण के रूप में लेते हुए, वायु कटिंग द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम प्लेट मोटाई लेज़र शक्ति के सीधे आनुपातिक होती है। समान इकाई परिस्थितियों (किलोवॉट और मिमी में) के तहत, मान लगभग समान होते हैं: एक 6 किलोवॉट प्रणाली 6 मिमी की अधिकतम वायु-कटिंग मोटाई प्राप्त करती है, जबकि एक 20 किलोवॉट प्रणाली 20 मिमी तक पहुँच जाती है।

जिन भागों को बाद में वेल्डिंग, पेंटिंग या संरचनात्मक घटकों के रूप में उपयोग करने की आवश्यकता होती है, उनके लिए यह ऑक्साइड फिल्म पूर्णतः आवश्यकताओं को पूरा करती है। जब इसकी मोटाई कार्बन स्टील की अधिकतम मोटाई के 50% से अधिक हो जाती है, तो ऑक्सी-कटिंग की तुलना में उच्च गति के साथ वायु कटिंग करना अभी भी संभव है; हालाँकि, कटिंग किनारे पर ऑक्साइड परत मोटी हो जाती है और कटिंग कंटूर के नीचे स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाले बर्र (बर्र) आसानी से बन जाते हैं—प्लेट की मोटाई जितनी अधिक होगी, बर्र की ऊँचाई भी उतनी ही अधिक होगी। इस प्रकार, पतली कार्बन स्टील की प्लेट्स के लिए वायु कटिंग गुणवत्ता, दक्षता और लागत-प्रभावशीलता में स्पष्ट लाभ प्रदान करती है। मोटी प्लेट्स, जैसे आंतरिक सहारे, आधार फ्रेम या पुनर्बलन पसलियाँ (जिन्हें कोई उत्तर-प्रसंस्करण आवश्यक नहीं है), के लिए वायु कटिंग सबसे आर्थिक विकल्प है।

फिर स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ हैं। स्टेनलेस स्टील पर, वायु कटिंग एक काले रंग के कटिंग किनारे का उत्पादन करती है और केवल उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जिनमें सतह के फिनिश की कोई आवश्यकता नहीं होती है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लेज़र कटिंग में विकर्षक गैस के रूप में वायु का उपयोग करने से नाइट्रोजन की तुलना में कम बर्र (धारियाँ) और कम स्लैग चिपकाव उत्पन्न होता है, हालाँकि यह "शून्य बर्र" को प्राप्त नहीं करता है। लगभग शून्य बर्र प्राप्त करने और ऑक्सीकरण को समाप्त करने के लिए नाइट्रोजन-ऑक्सीजन मिश्रण (ऑक्सीजन का एक छोटा अंश नाइट्रोजन के साथ मिलाया गया) की सिफारिश की जाती है, जो वायु से प्राप्त "न्यूनतम बर्र" और नाइट्रोजन के "ऑक्सीकरण-मुक्त प्रभाव" के बीच संतुलन स्थापित करता है, जिससे सीधे वेल्डिंग के लिए उपयुक्त अत्यंत सूक्ष्म बर्र उत्पन्न होते हैं।

वायु कटिंग का लागत लाभ अनिवार्य रूप से स्पष्ट है। एक विशिष्ट उच्च-शक्ति लेज़र कटिंग प्रणाली के लगातार संचालन के लिए, सहायक गैस के रूप में शुद्ध नाइट्रोजन के उपयोग से महत्वपूर्ण गैस खपत हो सकती है — पूर्ण भार के तहत एक उच्च-दाब सिलेंडर का जीवनकाल केवल कुछ मिनट हो सकता है, और मासिक गैस व्यय संचालन लागत के एक महत्वपूर्ण हिस्से तक आसानी से पहुँच सकता है। तरल नाइट्रोजन पर स्विच करने से इकाई लागत में सुधार होता है, लेकिन फिर भी यह तर्कसंगत वितरण और भंडारण हानि के साथ जुड़ा होता है।

इसके विपरीत, संपीड़ित वायु की लागत में केवल कंप्रेसर को संचालित करने के लिए उपयोग की गई विद्युत और रखरखाव के खर्च शामिल होते हैं। उचित शक्ति आउटपुट (आवश्यक नहीं कि सबसे बड़ा) के साथ एक स्क्रू कंप्रेसर का चयन करने पर, प्रति घंटा विद्युत लागत अत्यधिक आर्थिक बनी रहती है।

वायु काटने की गुणवत्ता निर्धारित करने वाले तीन महत्वपूर्ण पैरामीटर

जब संपीड़ित वायु का उपयोग किया जाता है, तो कार्यशाला के फर्श पर सबसे बड़ा डर धीमी गति नहीं, बल्कि असंगतता होती है। कल के कट बिल्कुल सही थे; आज वे बर्र्स और काले धब्बों से ढके हैं। मूल कारण कहाँ है? चार पैरामीटर जो नियंत्रित नहीं किए गए हैं।

1. वायु दाब स्थिरता

कटिंग के दौरान, यदि गैस दबाव 0.5 बार से अधिक उतार-चढ़ाव दिखाता है, तो कर्फ तुरंत धारियाँ (स्ट्रिएशन्स) और चिपकी हुई ड्रॉस दिखाने लगेगा। यह नॉजल की समस्या नहीं है—यह गैस आपूर्ति की समस्या है। कारखानों में, कई मशीनों द्वारा एक साथ पियर्स करने पर दबाव में गिरावट देखना आम बात है। इसका समाधान कंप्रेसर के आउटपुट दबाव को अधिकतम स्तर तक बढ़ाना नहीं है, बल्कि पर्याप्त आकार की वायु रिसीवर टैंक (आमतौर पर कंप्रेसर के आउटपुट के 20%-30% के अनुसार m³ में आकारित) लगाना है और यह सुनिश्चित करना है कि पाइपिंग में दबाव की हानि नियंत्रण में रहे।

2. प्रवाह दर मिलान

वायु कटिंग के लिए गैस खपत नॉजल व्यास और कटिंग गैस दबाव पर निर्भर करती है। एक अनुमानित गणना के अनुसार, 3.0 मिमी व्यास के नॉजल और 10 बार दबाव का उपयोग करने पर प्रति यूनिट खपत दर 40 m³/घंटा होती है; जब तीन यूनिट एक साथ संचालित होते हैं, तो कुल गैस खपत 120 m³/घंटा तक पहुँच जाती है—जो कि PAB30 मॉडल की पूर्ण भार संचालन क्षमता के बिल्कुल अनुरूप है (120 मी³/घंटा)। कई इकाइयों को बहुत छोटे कंप्रेसरों से लैस करना वास्तव में नॉज़ल की गैस डिलीवरी क्षमता को सीमित कर देगा, जिससे कटिंग की गुणवत्ता अपर्याप्त हो जाएगी।

3. ओस बिंदु नियंत्रण

यहीं पर अधिकांश विफलताएँ होती हैं। कंप्रेसर से निकलने वाली संपीड़ित वायु गर्म, आर्द्र और तेलयुक्त होती है। यदि यह सीधे कटिंग हेड में प्रवेश कर जाती है, तो जल वाष्प सुरक्षात्मक लेंस पर संघनित हो जाएगी। लेज़र किरण द्वारा आघातित होने पर, लेंस तुरंत धुंधली हो जाती है और जलने लगती है। अतः दबाव ओस बिंदु को 3°C या उससे कम रखा जाना चाहिए, आदर्श रूप से -20°C या उससे भी कम। इसका अर्थ है कि वायु कंप्रेसर के बाद एक रेफ्रिजरेटेड ड्रायर और परिशुद्धता फ़िल्टर लगाना आवश्यक है, और उच्च आर्द्रता वाले क्षेत्रों में डिसिकेंट ड्रायर अनिवार्य है। अतः दबाव ओस बिंदु को 3°C या उससे कम रखा जाना चाहिए, आदर्श रूप से -20°C या उससे भी कम।

इसके लिए वायु कंप्रेसर के बाद एक रेफ्रिजरेटेड ड्रायर और परिशुद्धता फ़िल्टर को जोड़ने की आवश्यकता होती है; उच्च आर्द्रता वाले क्षेत्रों में, स्थिर ओस बिंदु स्तर बनाए रखने के लिए उच्च प्रवाह क्षमता वाला एक रेफ्रिजरेटेड ड्रायर स्थापित करना आवश्यक है।

4. तेल की मात्रा का नियंत्रण

स्क्रू कंप्रेसरों में लुब्रिकेटिंग ऑयल संपीड़न प्रक्रिया में भाग लेता है, जिसके परिणामस्वरूप निकास गैस में 1–5 ppm की तेल की मात्रा होती है। उच्च तेल स्तर लेज़र कटिंग के प्रदर्शन को कम करते हैं, लेंस जलने के जोखिम को बढ़ाते हैं और सुरक्षा जोखिमों को बढ़ाते हैं; लेज़र कटिंग के लिए तेल की मात्रा ≤0.01–0.03 mg/m³ (≈0.01–0.03 ppm) आवश्यक है, जो आदर्श रूप से ≤0.001 ppm होनी चाहिए या सीधे ऑयल-फ्री उपकरण का उपयोग करना चाहिए। लेज़र कटिंग के लिए स्क्रू कंप्रेसरों के आर्थिक दक्षता और स्थिरता के साथ उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए, एक चार-चरणीय सटीक फिल्ट्रेशन प्रणाली स्थापित करनी आवश्यक है: C/T/A सक्रियित कार्बन, जो क्रमशः जल, कणों और तेल के कोहरे को हटाता है। तेल के इमल्सीफिकेशन को न्यूनतम करने के लिए दबाव ओस बिंदु ≤−20°C के साथ एक रेफ्रिजरेटेड ड्रायर का उपयोग किया जाना चाहिए।
प्रतिदिन ड्रेन करें, फ़िल्टर तत्व को प्रत्येक 3 महीने में बदलें और पाइपलाइनों की वार्षिक सफाई करें।
दीर्घकालिक स्थिर (अनुशंसित) तेल-मुक्त वायु कंप्रेसर: तेल की मात्रा = 0, जो समस्या के मूल कारण का समाधान करता है; उच्च शक्ति वाली इकाइयों (6 किलोवाट+) के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त, जैसे कि PAP श्रृंखला रेसोअर द्वारा निर्मित पूर्ण रूप से तेल-मुक्त वायु कंप्रेसर की।

विशिष्ट कर्फ विशेषताएँ और स्वीकार्यता

वायु कटिंग द्वारा उत्पादित कार्बन स्टील के कट एज का रंग हल्का सुनहरा-पीला या हल्का भूरा होता है। यह स्पर्श करने पर चिकना महसूस होता है, लेकिन निकट से निरीक्षण करने पर इस पर एक पतली, घनी ऑक्साइड फिल्म दिखाई देती है। यह शुद्ध ऑक्सीजन कटिंग के कारण उत्पन्न होने वाले रूखे काले स्केल या शुद्ध नाइट्रोजन के कारण उत्पन्न होने वाले चमकदार सफेद रंग के समान नहीं है।

क्या इसका उपयोग सीधे किया जा सकता है? यह निम्न-प्रवाह प्रक्रिया पर निर्भर करता है। यदि भाग को पाउडर कोटिंग, पेंटिंग या वेल्डिंग के लिए लिया जा रहा है, तो यह ऑक्साइड फिल्म अच्छी चिपकने की क्षमता प्रदान करती है और पूर्व-वेल्डिंग ग्राइंडिंग की आवश्यकता नहीं होती है। लेकिन यदि ग्राहक के ड्रॉइंग में यह उल्लेखित है कि "उजागर सतह, कोई उत्तर-उपचार नहीं", तो वायु कटिंग का उपयोग न करें—मिश्रित गैस या शुद्ध नाइट्रोजन पर स्विच कर जाएँ। अतः वायु कटिंग का मूल्य इसमें नहीं है कि यह "अच्छा दिखे", बल्कि इसमें है कि यह "पर्याप्त रूप से अच्छा और सस्ता" हो।

एयर कंप्रेसर और पोस्ट-ट्रीटमेंट सिस्टम का समर्थनकारी तर्क

इस बिंदु पर, एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकलता है: एयर कटिंग केवल एक पाइप को एयर कंप्रेसर में लगाने का सामान्य कार्य नहीं है; यह एक पूर्ण प्रणाली है। इस प्रणाली में कम से कम निम्नलिखित घटक शामिल होने चाहिए:

स्क्रू एयर कंप्रेसर → एयर रिसीवर टैंक → रेफ्रिजरेटेड ड्रायर → तीन-चरणीय प्रिसिजन फ़िल्टर → पाइपिंग → कटिंग हेड।

रेफ्रिजरेटेड ड्रायर और प्रिसिजन फ़िल्ट्रेशन एक अनिवार्य आवश्यकता है, विकल्प नहीं। इनके बिना, तेल-जल मिश्रण बीम पाथ में प्रवेश कर जाता है, जिससे पहले सुरक्षात्मक लेंस और फिर फोकसिंग लेंस जल जाते हैं। ऐसी एक मरम्मत की लागत कई वर्षों तक एक ड्रायर की खरीद के लिए पर्याप्त हो सकती है। यदि वातावरणीय आर्द्रता लगातार 70% से अधिक है, तो केवल रेफ्रिजरेटेड ड्रायर ओसांक को -20°C तक नहीं ला सकता है। ओसांक को -40°C या उससे भी निचले स्तर तक ले जाने के लिए एक अधिशोषण ड्रायर (डिसिकेंट ड्रायर) को अतिरिक्त रूप से जोड़ा जाना चाहिए।

समर्थन जो Raysoar यहाँ से शुरुआत होती है: केवल एक वायु संपीड़क की बिक्री नहीं, बल्कि आपकी लेज़र शक्ति, प्लेट सामग्री, कार्यशाला की आर्द्रता और एक साथ चल रही मशीनों की संख्या के आधार पर, हम पूर्ण पैकेज को निर्दिष्ट करते हैं—संपीड़क मॉडल, रिसीवर टैंक का आयतन, शुष्कन समाधान और फ़िल्ट्रेशन विन्यास—पूर्ण पैरामीटर टेम्पलेट सेट के साथ। आप योजना के अनुसार स्थापना करते हैं, पैरामीटर सेट करते हैं, और गैस सर्किट के चरों को तय कर दिया जाता है।

एक वाक्य में सारांश: वायु कटिंग लेज़र प्रसंस्करण में सबसे कम आंकी गई लागत-बचत प्रक्रिया है, लेकिन इसकी गैस सर्किट की शुद्धता और स्थिरता के लिए आवश्यकताएँ नाइट्रोजन कटिंग की तुलना में कम सख्त नहीं हैं। दबाव, प्रवाह और ओसांक, तेल की मात्रा के चार पैरामीटर को नियंत्रित करें, और वायु लाभ बन जाती है। नियंत्रण खोने पर, वायु का अर्थ होता है परेशानी।