Odporúčaný pomocný plyn pre stredne tenkú uhlíkovú oceľ: zmes plynov, kyslík, dusík alebo vzduch?

Doska z mäkkej ocele s hrúbkou 3 až 14 mm je najbežnejším materiálom v dielňach na spracovanie plechov. Nie je tak tenká, aby sa dala efektívne rezať vzduchom, ani tak hrubá, aby bolo jedinou možnosťou s nízkou účinnosťou rezať čistým kyslíkom. Práve preto je voľba plynu pre tento rozsah hrúbok najťažšou trojmožnosťou pre technikov procesov – rýchlosť rezného procesu, kvalita rezného okraja a náklady na plyn sú neustále v rozpore.

Použitie čistého kyslíka: pomalá rýchlosť rezu a neefektívne spracovanie; použitie čistého dusíka: vynikajúca kvalita rezného povrchu, avšak vysoké náklady na plyn; použitie vzduchu: zníženie nákladov, avšak oxidácia povrchu a hromadenie škváry na spodnom okraji vyžadujú ďalšie úpravy.

Tento článok zaujíma priamym prístupom. Najprv analyzuje tri čisté plynové stratégie, ktoré sú pre tento rozsah hrúbok na stole, a potom predstavuje životaschopné riešenie zmiešavania, ktoré je možné implementovať.

Trojzložkový problém výberu plynu pre 3-14mm uhlíkovú oceľ

Najprv si objasníme jadro konfliktu. Každý z troch plynov ponúka v tomto rozsahu hrúbok nezameniteľné výhody, avšak každý z nich má aj nedostatky, ktoré nemožno ignorovať.

Čistenie čistým kyslíkom: agresívna rýchlosť, hrubý rezový povrch
Rýchlosť rezu kyslíkom pri uhlíkovej oceli s hrúbkou 3–14 mm je vo všeobecnosti príliš nízka.

Spalovacia reakcia feritu generuje dodatočné teplo; aby sa zabezpečila kvalita a stabilita rezu, výkon sa niekedy počas rezu zníži.

Pre továrne, ktoré účtujú za kus, je rýchlosť ziskom. Cena je však rovnako zrejmá: rezná plocha je pokrytá čiernou alebo tmavošedou oxidovou vrstvou, ktorá môže mať hrúbku desiatky mikrónov, je drsná a pevne spojená s výchozím materiálom. Táto oxidová vrstva predstavuje prekážku pre následné zváranie alebo náter – pred zváraním je nutné brousenie a pred náterom je vyžadované striekanie piesku. Ak v technickom výkrese zákazníka je uvedené „viditeľný povrch“ alebo „zvárať bez ďalšej úpravy“, je súčiastka rezaná čistým kyslíkom polotovarom, ktorý vyžaduje dodatočné náklady v ďalších výrobných krokoch.

Čistenie čistým dusíkom: dokončenie bez ďalšej úpravy a tlak na náklady
Rez čistým dusíkom vytvára striebro-bielu, jasnú rezovú plochu takmer bez oxidov, ktorá je pripravená na priame zváranie a priame náter. To je sen kvalitného oddelenia. Avšak pri reze uhlíkovej ocele hrubšej ako 3 mm je spotreba čistého dusíka úžasná. Aby sa zabezpečil rez bez trosky na spodnej strane, musia byť tlak aj prietok udržiavané na vysokej úrovni. Rezanie 8 mm uhlíkovej ocele na stroji s výkonom 12 kW môže ľahko spotrebovať 80–90 Nm³/h dusíka za hodinu. Ak sa používa kvapalný dusík, náklady na tento plyn môžu prekročiť celkové prevádzkové náklady stroja – elektrina, práca, odpis – dokopy. Prísna realita: pri reze 8 mm uhlíkovej ocele čistým dusíkom čím viac rezete, tým tenšia sa môže stať vaša zisková marža.

Rez vzduchom: extrémna nákladová efektívnosť s kompromisom v podobe oxidového vrstvy
Je možné použiť režný vzduch na rezanie uhlíkovej ocele s hrúbkou 3 – 14 mm? Áno, za predpokladu, že vaše požiadavky na kvalitu rezného povrchu sú dostatočne pružné. Rezný povrch vytvorený stlačeným vzduchom sa pohybuje od svetlozlatého po hnedý, pričom je pokrytý hustou oxidovou vrstvou. V porovnaní s čiernym škárovým povlakom čistého kyslíka je táto vrstva výrazne tenšia. V porovnaní so svetlobielym povrchom čistého dusíka je však zreteľne „zafarbená“. Ešte kritičtnejšie je, že výška hranového otočeného okraja (burru) na spodnej strane plechov sa postupne zvyšuje od tenších k hrubším plechom, čo robí jeho odstránenie extrémne náročným.

Výhodou rezného vzduchu je jeho takmer nulová cena; nevýhodou je, že táto oxidová vrstva a burry sú v niektorých aplikáciách stále neprijateľné. Ak režete napríklad dosky pre poličky, základne strojov alebo vnútorné posilňovacie rebra – teda súčiastky, ktoré sú skryté vo vnútri strojov alebo určené na následné náterové spracovanie – je rezný vzduch optimálnym riešením. Ak však zákazník vyžaduje viditeľnú estetickú súčiastku, rezný vzduch nestačí.

Nižšie uvedená tabuľka zhrňuje kompromisy každého prístupu a jasne vymedzuje rozhodovacie body:

Z tejto porovnávacej tabuľky je zrejmý záver: žiadna jediná stratégia čistej plynu nemôže súčasne spĺňať tri požiadavky – rýchlosť, kvalitu a náklady. Práve tu sa uplatňuje prístup s použitím zmesi plynov.

Odporúčaná stratégiu zmesi: Vyvážená logika vysokého  Dusíka + nízkeho kyslíka

Zmes plynov nie je jednoduché zmiešanie dvoch plynov. Využíva podporujúci účinok kyslíka pri horení a ochladzujúci a chrániaci účinok dusíka, aby v reznom štíte vytvorila prostredie „kontrolovanej mikrooxidácie“.

Keď sa zmes plynného dusíka (94 % – 96 %) kombinuje s laserovým žiarením a aplikuje sa na materiál, dôjde k dvom zmenám. Po prvé, dusík ako inertná zložka znižuje koncentráciu kyslíka a potláča intenzitu reakcie horenia železa s kyslíkom. Oxidová vrstva sa už nezväčšuje nekontrolovane do hrubej vrstvy, ako je to pri rezní v čistom kyslíku, ale je obmedzená na hustú vrstvu len niekoľko mikrónov hrubú. Po druhé, zvýšený chladiaci účinok prúdu dusíka na rezovú štrbinu optimalizuje tekutosť roztaveného kovu a výrazne zníži spodný škvár.

Výsledok: Pri použití zmesi plynov sa rýchlosť rezu uhlíkovej ocele s hrúbkou 3–14 mm pri výkonoch 6000 W a 12000 W v porovnaní s čistým kyslíkom výrazne zvýši o 85 % až 364 %.

B farba rezného povrchu sa však zmení z čiernej na svetlošedú, oxidová vrstva sa výrazne ztenčí a pred zváraním alebo náterom už nie je potrebné brousenie. Toto je hodnota logiky zmiešavania – obchodovanie s prijateľným množstvom rýchlosti za dosiahnuteľnú kvalitu rezu, pričom náklady na plyn sú výrazne nižšie ako pri čistom dusíku.

Ako príklad uvažujme plech z mäkkej ocele hrúbky 8 mm a laserové rezanie s výkonom 12 kW. Referenčné pomery zmesi overené výrobnými testami sú 94 % dusíka. Pri tomto pomere sa rýchlosť rezu zvýši o 285 % v porovnaní s čistým kyslíkom, pričom povrch rezu má rovnakú svetlošedú farbu, oxidová vrstva je takmer necititeľná pri dotyku a kvalita zvárania spĺňa požiadavky pre štandardné konštrukčné súčiastky.

Porovnávacia tabuľka rýchlostí rezu pri vláknovom laserovom reze s použitím 3–14 mm Uhlíková oceľ （O₂ vs N₂/vzduch

Prednastavené zmiešacie pomery a podpora parametrov spoločnosti Raysoar

Všetky tieto diskusie o pomeroch a oknách sa nakoniec zameriavajú na dve veci pre vykonávanie v dielni: stabilné a spoľahlivé zariadenie na výstup zmiešaných plynov a sadu overených kombinácií parametrov.

Raysoar riešenie zmiešaných plynov spoločnosti Raysoar poskytuje prednastavené odporúčania pre zmiešacie pomery pre uhlíkovú oceľ s hrúbkou 3–14 mm. Na základe výkonu vášho laseru, triedy materiálu a jeho hrúbky určujeme odporúčané okno pomeru kyslíka ku dusíku a tento pomer pevne nastavujeme prostredníctvom príslušného zmiešavacieho plynového štandardu, čím zabezpečujeme opakovateľnosť výsledkov rezných operácií počas každej smeny a pri každej dávke súčiastok. Tým sa „bod rovnováhy medzi kvalitou a nákladmi“ mení z veci náhody na opakovateľný štandardný prevádzkový postup.

Pri mäkkej oceli s hrúbkou 3–14 mm pomocný plyn nie je jednoznačnou voľbou „buď-alebo“. Naučte sa ho optimalizovať pomocou Raysoar ’produktov série FCP spoločnosti Raysoar , a získate súčasne zbraň rýchlosti aj trumfovú kartu kontroly nákladov.