גז עזר מומלץ לפלדה רכה בינונית-דקיקה: גז מעורב, חמצן, חנקן או אוויר?

לוחות פלדה רכה בעובי 3–14 מ"מ מהווים את הקטע החומר הנפוץ ביותר במפעלי ייצור גיליונות מתכת. הם אינם דקים כל כך שחתך באוויר יכול לעבור דרכם בקלות, אך גם לא עבים כל כך שחתך בחמצן טהור הוא האופציה היחידה, עם יעילות נמוכה. בדיוק בגלל זה, בחירת הגז לחיתוך בטווח העובי הזה הופכת לטרילמה המאכזבת ביותר למפתחי תהליכים – מהירות החיתוך, איכות קצה החתך והעלות של הגז נמצאים תמיד בסתירה הדדית.

שימוש בחמצן טהור: מהירות חיתוך איטית ויעילות נמוכה בתהליך; שימוש בחנקן טהור: איכות מצוינת של משטח החתך, אך עלות הגז גבוהה מאוד; בחירה באוויר: הפחתת עלויות, אך גרימת חמצון של המשטח וצטברות סיגים בתחתית החתך דורשת טיפול נוסף לאחר מכן.

המאמר הזה נוקט בגישה ישירה. תחילה הוא מנתח את שלושת אסטרטגיות הגז ה PUR בדיסקציה, ולאחר מכן מציג פתרון ערבוב מעשי שניתן ליישם.

הטרילמה לבחירת הגז עבור 3-14פלדה פחמנית בעובי מ"מ

ראשית, נבהיר את ליבת הסכסוך. כל אחד משלושת הגזים מציע יתרונות בלתי תחליפים בתחום העובי הזה, אך לכל אחד מהם גם חסרונות שלא ניתן להתעלם מהם.

חיתוך באוקסיגן טהור: מהירות אגרסיבית, שטח חיתוך גס
מהירות החיתוך באוקסיגן על פלדה פחמנית בעובי 3–14 מ"מ נמוכה בדרך כלל מדי.

התגובה הכימית של הפיריט עם האוקסיגן יוצרת חום נוסף; כדי להבטיח איכות ויציבות בחיתוך, לעתים קרובות יש לרדת בהספק במהלך החיתוך.

למפעלים שגובים לפי יחידה, מהירות היא רווח. אך המחיר הוא ברור באותה מידה: הפנים המוגזות מכוסות בשכבה של חמצן שחור או אפור כהה, בעובי של עשרות מיקרון, גס ומחוברת חזק לחומר הבסיס. שכבה זו של חמצן מהווה מחסום לשלבי הלחיצה או הצבעה הבאים – גריסה לפני הלחיצה היא חובה, ובלסטינג בגרגרי חול לפני הצבעה נדרש. אם בשרטוט של הלקוח צוין "פני השטח חשופות" או "להחציק ללא טיפול לאחרוני", חלק המוגז על ידי חמצן טהור נחשב למוצר חצי סגור, ודורש עלות נוספת בשלב הבא.

גזירה טהורה באזוט: גמר ללא טיפול לאחרוני ולחץ על העלויות
חיתוך באזוט טהור מייצר פנים חתוכות ארגמניות-לבנות, מבריקות ובעלות מעט מאוד חמצון, מוכנות לרתכת ישירה ולצביעת ישירה. זהו חלום מחלקת האיכות. עם זאת, בחיתוך פלדה פחמתית בעובי של יותר מ-3 מ"מ, צריכת הגז בחיתוך באזוט טהור היא עצומה. כדי להבטיח שהתחתית תהיה חופשית מהצורה, יש לשמור על לחץ וזרימה גבוהים. מכונה בקיבולת 12 קילו וואט יכולה לצרוך בקלות 80–90 נ"מ³/שעה של אוזון לשעה בעת חיתוך פלדה פחמתית בעובי 8 מ"מ. אם משתמשים באזוט נוזלי, עלות הגז הזו עשויה לעלות על עלות הפעלה הכוללת של המכונה – חשמל, יד עבד, נזילות, ועוד. מציאות קשה: בעת חיתוך פלדה פחמתית בעובי 8 מ"מ באזוט טהור, ככל שחותכים יותר, כך השוליים הרווחיים עלולים לקטון.

חיתוך באוויר: יעילות עלות קיצונית עם הסחר על שכבה חמצונית
האם ניתן להשתמש בקיטוע באוויר על פלדה פחמנית בעובי 3–14 מ״מ? כן, בתנאי שדרישותיכם למשטח הקיצוץ יהיו די רחבות. משטח הקיצוץ הנוצר באמצעות אוויר דחוס נע בין צבע זהב בהיר לצבע חום, עם סרט חמצוני צפוף. לעומת הקליפה השחורה שנוצרת באמצעות חמצן טהור, סרט זה דק בהרבה. לעומת הצבע הלבן הבהיר שנוצר באמצעות חנקן טהור, הוא בבירור "צבוע". חשוב יותר, גובה השוליים בתחתית הלוחות עולה באופן הדרגתי ככל שהלוחות עבים יותר, מה שהופך את הסרת השוליים לקשה ביותר.

היתרון של קיטוע באוויר הוא העלות שלו שהיא כמעט אפס; החיסרון הוא שסרט החמצון והשוליים הללו עדיין לא מקיימים את הדרישות בחלק מהיישומים. אם אתם קוטעים לוחות מדפים, מסגרות בסיס למכונות או צלעות תقوיה פנימיות – חלקים המוסתרים בתוך מכונות או מיועדים לצביעה – קיטוע באוויר הוא הפתרון האופטימלי. אך אם הלקוח דורש חלק ייחודי מוצג, קיטוע באוויר אינו מספיק.

הטבלה שלהלן סוכמת את הסיכונים והיתרונות של כל גישה, ומבארת בבירור את נקודות ההחלטה:

מהטבלה להשוואה הזו, המסקנה ברורה: אין אסטרטגיה אחת של גז טהור שיכולה לספק בו זמנית את שלושת הדרישות של מהירות, איכות ועלות. זהו בדיוק המקום שבו נכנסת האסטרטגיה המשולבת של הגזים.

האסטרטגיה המומלצת של תערובת: הלוגיקה של האיזון הגבוה  חנקן + חמצן ב רמת נמוכה

תערובת גזים אינה ערבוב פשוט של שני גזים. היא מנצלת את השפעת החמצן על הדלקה והשפעת החנקן על הקירור והשימור כדי ליצור סביבה של "תחמוצת מיקרוסקופית מבוקרת" בתוך הסדק.

כאשר תערובת של גז חנקן (94%–96%) מופעלת יחד עם קרינה לייזר על החומר, מתרחשים שני שינויים. ראשית, החנקן כרכיב אינרטי ממעיל את ריכוז החמצן, ומדכא את עוצמת התגובה הכבשנית בין ברזל לחמצן. שכבת האוקסיד כבר אינה גדלה באופן לא מבוקר לשלבה עבה כפי שקורה בקיטוע בחמצן טהור, אלא מוגבלת לשכבה צפופה בעובי של מספר מיקרונים בלבד. שנית, האפקט המגביר של הקירור על הסדק על ידי זרם החנקן משפר את ניידות המתכת המלובשת, ומפחית משמעותית את השאריות בתחתית.

התוצאה: בהשוואה לחמצן טהור, מהירות הקיטוע של פלדה פחמנית בעובי 3–14 מ״מ בתנאי הספק של 6000 וاط ו-12000 וاط יכולה להגדל באופן משמעותי ב-85% עד 364% כאשר משתמשים בגזים מעורבים.

B אך צבע הפנים המקוטעת משתנה מחום שחור לגוון אפור בהיר, שכבת האוקסיד דקה במידה רבה, ולא נדרשת סגירה או סידור לפני ריתוך או צביעה. זו הערך של לוגיקת ההטמעה – הסחר בכמות מקובלת של מהירות עבור פנים חיתוך ניתנים למימוש, תוך קיטוע עלות הגז באופן משמעותי נמוך יותר מאזוט נקי.

לדוגמה, לקיחת לוח פלדה רכה בעובי 8 מ"מ עם מכונת חיתוך לייזר בעוצמה של 12 קילו וואט. יחס התערובת المرجعي שנבדק והוכח בתהליכי ייצור הוא 94% אוזון. ביחס זה, מהירות החיתוך עולה ב-285% לעומת חיתוך באוקסיגן נקי, אך פנים החיתוך מציגים צבע אפור בהיר אחיד, שכבת האוקسيد כמעט לא מורגשת במגע, ואיכות הלחיצה עומדת בדרישות התקן להרכבים מבניים.

טבלת השוואה למהירויות חיתוך במכונות לייזר סיביות עם 3–14 מ"מ פלדת פחמן （O₂ לעומת N₂/אוויר)

ייחסים מוכנים מראש של Raysoar לתערובות גז ותמיכה בפרמטרים

כל הדיון הזה על יחסים וחלונות מסתכם בסופו של דבר בשני דברים לביצוע במעבדה: מכשיר יציב ואמין לפלט יחס ערבוב הגזים, וסט של تركיבות פרמטרים מאומתות.

רייסואר הפתרון לערבוב הגזים של מספק המלצות מוקדמות ליחס ערבוב גזים עבור פלדה פחמנית בעובי 3–14 מ״מ. בהתבסס על עוצמת הלייזר, דרגת החומר ועובייו, אנו מגדירים חלון מומלץ ליחס חמצן-חנקן, ומאפשרים את הקבעת היחס הזה באמצעות armoire ערבוב גזים מתאימה, מה שמבטיח שחזרתיות של תוצאות החיתוך בכל משמרת ובכל партиיה של חלקים. בכך הופך 'נקודת האיזון בין איכות להוצאה' מעניין של מזל לנהל תפעולי סטנדרטי וחוזר על עצמו.

בפלדה רכה בעובי 3–14 מ״מ, גז העזר אינו בחירה בינארית אחת בלבד. למדו להתאים עם רייסואר ’המוצר הסדרתי FCP של , ותזכו בו זמנית בנשק המהירות ובקלף הטרום של בקרת ההוצאות.