Могут ли генераторы азота косвенно повысить скорость лазерной резки?
Роль азота в качестве и эффективности лазерной резки
В чем принцип лазерной резки?
Принцип лазерной резки основан на использовании высокоинтенсивного когерентного лазерного луча для разрезания различных материалов. Ниже приведено подробное описание:
Лазерный генератор создает концентрированный луч света, который усиливается для достижения чрезвычайно высокой плотности энергии. Затем этот луч направляется через систему зеркал или линз, чтобы сфокусировать его в очень маленькое пятно — часто всего несколько микрометров в диаметре — на поверхности обрабатываемого материала.
Когда сфокусированный лазерный луч попадает на материал, его интенсивная энергия поглощается, быстро нагревая материал в точке контакта до экстремально высоких температур (часто превышающих тысячи градусов Цельсия). Такой сильный нагрев вызывает у материала процессы, такие как плавление, испарение или даже горение, в зависимости от типа материала (например, металл, пластик, дерево) и параметров лазера (мощность, длина волны).
Для получения чистого реза струя газа (например, кислород, азот или сжатый воздух) часто направляется вдоль лазерного луча. Газ выполняет несколько функций: он удаляет расплавленный или испарившийся материал с области реза, предотвращая его повторное прилипание к заготовке; в некоторых случаях (например, при резке металлов кислородом) он также может вступать в реакцию с материалом, усиливая процесс горения и повышая эффективность резки.
Лазерный луч и обрабатываемая деталь перемещаются относительно друг друга (либо перемещая луч, деталь или оба одновременно) вдоль точно заданного пути, контролируемого системой числового программного управления (CNC). Это позволяет выполнять очень точные и сложные резы с минимальными отходами материала, поскольку узкий лазерный луч создает очень маленькую ширину реза (ширину пропила).
В заключение, лазерная резка объединяет концентрированную тепловую энергию лазера с точным контролем движения для разделения материалов за счет локального нагрева и удаления целевого материала.
Как азотный газ предотвращает окисление во время лазерной резки
Инертная природа азота способствует вытеснению кислорода из зоны резки, предотвращая окисление, которое приводит к проблемам с обесцвечиванием и фактически делает материалы более слабыми по структуре. Нержавеющая сталь особенно чувствительна в этом отношении, так как при наличии кислорода во время лазерной резки на ней часто образуются шероховатые и неровные края.
Чистота вспомогательного газа и ее влияние на точность и скорость резки
Уровень чистоты азота играет важную роль в эффективности работы лазеров. Исходя из принципа лазерной резки, разные материалы требуют разной чистоты вспомогательного газа в процессе резки. Для нержавеющей стали требуется азот с чистотой 99,99 %, чтобы обеспечить глянцевую поверхность реза. Для углеродистой стали и алюминиевых сплавов необходим азот более низкой чистоты, что обусловлено свойствами материала. Регулируя чистоту азота во вспомогательном газе, можно достигнуть идеальной поверхности реза и оптимальной скорости при резке таких металлических материалов. Для нержавеющей стали использование азота высокой чистоты (около 99,9 % или выше) имеет решающее значение. Это способствует созданию стабильного оптического пути, необходимого для точной ширины пропила, а также снижает потребность в дополнительной отделке после резки. Однако использование вспомогательного газа из азота низкой чистоты позволяет выполнять процесс резки с большей скоростью и без образования заусенцев при резке углеродистой стали, оцинкованных листов и алюминиевых сплавов.
Почему высокое давление азота необходимо для нержавеющей стали и алюминия
Для резки нержавеющей стали и алюминия обычно требуется давление азота в диапазоне от 16 до 20 бар, чтобы полностью удалить расплавленный материал из зоны резки. Если давление падает ниже этого диапазона, остаются остатки, которые могут вызвать такие проблемы, как чрезмерное накопление тепла и деформация деталей при охлаждении. В промышленности было установлено, что при работе с алюминиевыми листами толщиной 5 мм увеличение давления азота делает края резки на 40% ровнее, согласно испытаниям на производственных предприятиях. Это особенно важно для деталей, используемых в самолетах и автомобилях, где даже незначительные отклонения имеют значение — технические требования часто предписывают точность измерений в пределах 0,1 мм или лучше.
Обеспечение бесперебойной подачи азота с помощью генераторов по требованию
Как генераторы азота производят высокочистый газ на месте
Современные генераторы азота используют технологии адсорбции под давлением (PSA) или мембранной сепарации для извлечения азота из сжатого воздуха, достигая уровня чистоты до 99,99% — что превышает требования для большинства применений лазерной резки. Эти системы автоматически регулируют выходное давление в зависимости от текущего спроса, обеспечивая оптимальное качество газа без необходимости ручного вмешательства. Raysoar разработал различные серии генераторов азота PSA для удовлетворения различных потребностей резки у разных клиентов.
Исключение простоев из-за замены баллонов и задержек поставок
Старомодные способы получения азота создают только головную боль для большинства растений. Предприятия, которые продолжают использовать системы с баллонами, теряют около 12–18 часов в месяц, занимаясь заменой баллонов и согласованием поставок. Производство азота непосредственно на месте позволяет избежать всех этих перебоев, поскольку в этом случае запас азота практически не ограничен и доступен в любое время, когда он нужен. Это особенно важно при работе с блестящими металлами, такими как алюминий. Каждому, кто пробовал выполнять лазерную резку, известно, что нестабильный поток газа нарушает весь процесс. Именно поэтому многие мастерские, изготавливающие точеные детали, в последнее время переходят на генераторы азота на месте.
Клиент Качественный случай: экономия €200 в день
Производитель мебели из Северной Европы приобрел азотную установку серии BCP у компании Raysoar.
Лазерная машина для резки: плоская резка 4 кВт — 1 шт. / трубная резка 3 кВт — 1 шт.
Материал резки: нержавеющая сталь / углеродистая сталь / алюминиевый сплав
Толщина материала: 1,5 мм / 3 мм
Стоимость газа в баллонах, включая транспортировку: 350 евро/пакет ((8 шт.) x 2 пакета/неделя x 45 недель = 31500 евро/год
Инвестируя в наземный азотный генератор Raysoar® BCP40, клиент получит рентабельность за 12 месяцев.
По сравнению с цилиндровым газом, на месте азотный генератор потребляет только электроэнергию, которая стоит около 0,06 евро / кВтч, 15 евро / день, 3348 евро / год. Кроме того, затраты на рабочую силу при замене газовых баллонов рабочими достаточны для компенсации расходов на обслуживание азотных генераторов, а может быть, даже превышают их.
Как непрерывность процесса повышает эффективность лазерной резки
Стабильное давление и поток газа для постоянной производительности резки
Генераторы азота поддерживают стабильное давление газа с отклонением около 2% во время лазерной резки, что устраняет надоедливые колебания давления, приводящие к некачественной резке или образованию заусенцев. Благодаря такому стабильному давлению операторы могут работать на максимальной скорости резки, не регулируя вручную параметры. Это особенно важно для материалов, таких как нержавеющая сталь и алюминий, где даже небольшие изменения потока газа могут существенно повлиять на результат. Согласно данным отчета Fabrication Efficiency Report, опубликованного в прошлом году, ширина реза может увеличиваться до 15%, если давление газа нестабильно. Таким образом, точный контроль подачи азота — это не просто преимущество, а необходимость для обеспечения высокого качества работы.
Снижение простоев повышает общий уровень использования оборудования
Системы лазерной резки с использованием азота, полученного на месте, обеспечивают 92% времени безотказной работы по сравнению с 76% у систем с баллонами. Этот разрыв в 16% обусловлен исключением перерывов на замену газовых баллонов и ожидание поставок — факторов, которые иначе приводят к 6–8 остановкам рабочего процесса ежедневно на предприятиях с высоким объемом производства.
Высокое качество реза минимизирует необходимость переделок и вторичных операций
Непрерывная чистота азота выше 99,95% снижает количество дефектов, связанных с окислением, на 40% согласно 12-месячному исследованию 47 предприятий по обработке металла. Это напрямую приводит к сокращению трудозатрат на шлифовку и полировку на 29% — операций, которые иначе компенсируют видимые преимущества в скорости резки, получаемые при нестабильных поставках газа.
Генераторы азота против традиционного газоснабжения: стоимость, надежность и масштабируемость
Сравнение получения азота на месте с использованием жидкого азота и баллонов
Переход на генераторы азота действительно может сократить текущие расходы для мастерских лазерной резки, поскольку больше нет необходимости постоянно покупать и хранить газ. Традиционные установки с резервуарами для жидкого азота и баллонами подразумевают постоянные пополнения запасов, что обычно стоит от 1,50 до 4 долларов США за каждые 100 кубических футов использования. Однако, когда компании устанавливают собственные системы генерации на месте, они обычно видят, что производственные расходы падают ниже 30 центов за 100 кубических футов после того, как первоначальные инвестиции окупаются в течение 9–24 месяцев. Помимо экономии средств, такие системы также устраняют проблемы, связанные с нехваткой баллонов в критические моменты. Многие производители, которые до сих пор зависят от внешних поставщиков, теряют около 12–18 часов в год только на ожидание поставок, согласно отраслевым отчетам. Для мастерских, стремящихся сохранить конкурентоспособность, избежание такого рода незапланированных простоев имеет решающее значение для соблюдения сроков и удовлетворения потребностей клиентов.
Экологические и эксплуатационные преимущества собственного производства азота
Производство азота на месте может снизить углеродный след примерно на 30 процентов, так как исключает необходимость транспортировки газовых баллонов или доставки жидкого азота по городу. Повышается и безопасность на рабочем месте, согласно нескольким недавним исследованиям, показывающим, что предприятия получили на 65% меньше аварий, связанных с обращением с газами, после перехода на системы-генераторы. Уровень чистоты остаётся выше 99,95% большую часть времени, что снижает окисление материалов в процессе производства. Это особенно важно в таких отраслях, как аэрокосмическое производство, где даже самые мелкие примеси могут испортить компоненты, и аналогично важно при изготовлении медицинских устройств, требующих абсолютной точности в конструкции.
Масштабируемость для растущих потребностей в лазерной резке и металлообработке
Модульные генераторы азота достаточно хорошо справляются с изменяющимися производственными потребностями, позволяя предприятиям увеличивать свою производительность примерно на 40 и даже до 200 процентов, не заменяя существующее оборудование. Такая гибкость особенно важна для крупных объемных производств, работающих круглосуточно, например, для металлообрабатывающих цехов, которым требуется постоянное снабжение. Традиционные газовые системы просто не в состоянии обеспечить стабильную работу при расходах, превышающих примерно 50 кубических метров в час. Благодаря возможности расширения на месте, эти установки можно подключать к дополнительным лазерным резакам по мере необходимости, что значительно снижает затраты на инфраструктуру по сравнению со стоимостью установки или модернизации резервуаров для хранения жидкого азота на более поздних этапах.
Долгосрочные производственные выгоды и тенденции внедрения в отрасли
Стабильная эффективность в течение смен и при высоком объеме производства
Цеха лазерной резки дольше сохраняют высокую производительность, если используют генераторы азота вместо традиционных баллонов. Постоянный поток газа означает, что машины реже останавливаются, особенно это важно для предприятий, работающих круглосуточно. Цеха, которые перешли на генераторы, сообщают, что колебания давления в течение смен уменьшились примерно на 12 процентов, что играет решающую роль для поддержания высокого качества реза — как в первый день, так и в третью ночь. Особенно важно, сколько времени тратится впустую на замену газовых баллонов. С генераторами нет необходимости останавливать производство каждые несколько часов для замены баллонов, которая обычно занимает от двадцати до сорока минут. Для производителей, занимающихся изготовлением больших объемов деталей из нержавеющей стали и алюминия, такая надежность напрямую приводит к снижению расходов.
Растущее применение генераторов азота в прецизионном производстве
Последний отчет по промышленным лазерным приложениям за 2024 год показывает интересную тенденцию: использование генераторов азота выросло на 22% в годовом исчислении в секторах авиакосмической и медицинской промышленности. Почему так происходит? Дело в том, что детали, изготавливаемые с помощью лазеров, сегодня должны быть невероятно точными. Большинство производителей точных компонентов (речь идет о 94%) просто не готовы использовать газ, чистота которого ниже 99,95%. Автомобильная промышленность также получила реальные преимущества. Например, один крупный поставщик первого уровня перешел на производство собственного азота на месте. Результаты оказались впечатляющими — им удалось достичь выхода годных изделий на уровне 98% с первого прохода при резке тонких компонентов EV-батарей. Всё логично, если подумать об этом.
Часто задаваемые вопросы
Почему азот используется при лазерной резке?
Азот используется в лазерной резке для предотвращения окисления, которое может ослабить материалы и повлиять на качество поверхностной обработки. Использовние азота помогает сохранить прочность материала и получить более точные разрезы.
Каково значение чистоты азота при лазерной резке?
Чистота азота играет важную роль, поскольку влияет на точность и скорость лазерной резки. Высокая чистота (около 99,9%) обеспечивает лучшую скорость и точность резки за счет уменьшения образования шлака и рассеивания энергии.
Как высокое давление азота влияет на лазерную резку?
Высокое давление азота (от 16 до 20 бар) критически важно для эффективного удаления расплавленного материала, обеспечивая чистые разрезы без остатков, которые могут вызвать накопление тепла или деформацию.
Каковы преимущества генерации азота на месте?
Генерация азота на месте обеспечивает непрерывную подачу газа, уменьшает перебои в работе, связанные со сменой баллонов, снижает затраты и повышает безопасность на рабочем месте за счет исключения риска аварий при обращении с газами.
