Чи можуть генератори азоту непрямо підвищити швидкість лазерного різання?
Роль азоту у якості та ефективності лазерного різання
Який принцип лазерного різання?
Основа лазерного різання полягає у використанні високоміцного когерентного лазерного променя для різання різних матеріалів. Ось детальний опис:
Лазерний генератор створює концентрований промінь світла, який підсилюється для досягнення надзвичайно високої густини енергії. Цей промінь потім спрямовується через систему дзеркал або лінз, щоб сфокусувати його в надзвичайно малу точку — часто всього кілька мікрометрів у діаметрі — на поверхні оброблюваного матеріалу.
Коли сфокусований лазерний промінь потрапляє на матеріал, його інтенсивна енергія поглинається, швидко нагріваючи матеріал у точці контакту до надзвичайно високих температур (часто понад тисячі градусів Цельсія). Це сильне нагрівання призводить до таких процесів, як плавлення, випаровування або навіть горіння, залежно від типу матеріалу (наприклад, метал, пластик, дерево) та параметрів лазера (потужність, довжина хвилі).
Щоб досягти чистого різу, струмінь газу (наприклад, кисень, азот або стиснене повітря) часто направляють поряд із лазерним променем. Цей газ виконує кілька функцій: він витісняє розплавлений або випарований матеріал із зони різу, перешкоджаючи його повторному прилипанню до заготівлі; у деяких випадках (наприклад, при різанні металів киснем) він також може вступати в реакцію з матеріалом, посилюючи процес горіння та підвищуючи ефективність різання.
Лазерний промінь і заготівлю переміщують відносно один одного (шляхом руху променя, заготівлі або обох разом) уздовж точно визначеного шляху, яким керують за допомогою систем числового програмного керування (ЧПК). Це дозволяє виконувати дуже точні, складні різи з мінімальними витратами матеріалу, оскільки вузький лазерний промінь створює надзвичайно малі ширини різу (ширину різу).
Узагальнюючи, лазерне різання поєднує концентровану теплову енергію лазера з точним керуванням руху для розділення матеріалів шляхом локального нагрівання та видалення цільового матеріалу.
Як азотний газ запобігає окисненню під час лазерного різання
Інертна природа азоту допомагає витіснити кисень із зони різання, зупиняючи окиснення, що призводить до зміни кольору матеріалу та фактично робить матеріали менш міцними. Нержавіюча сталь особливо чутлива в цьому відношенні, оскільки вона схильна утворювати нерівні, зубчасті краї, коли під час лазерного різання присутній кисень.
Чистота допоміжного газу та її вплив на точність і швидкість різання
Рівень чистоти азоту має велике значення для ефективності роботи лазерів. Виходячи з принципу лазерного різання, для різних матеріалів потрібна різна чистота допоміжного газу під час процесу різання. Для нержавіючої сталі потрібен азот з чистотою 99,99%, щоб забезпечити блискучу поверхню різання. Для вуглецевої сталі та алюмінієвих сплавів потрібен азот меншої чистоти, через властивості матеріалу. Налаштовуючи чистоту азоту в допоміжному газі, можна досягти ідеальної поверхні та швидкості різання таких металевих матеріалів. Для нержавіючої сталі, отримання азоту високої чистоти близько 99,9% або вище має вирішальне значення. Це допомагає створити стабільний променевий шлях, необхідний для точних ширин різання, а також зменшити потребу в додатковій обробці після різання. Однак, допоміжний газ з меншою чистотою азоту сприяє більш швидкому процесу різання без утворення заусенців під час різання вуглецевої сталі, оцинкованих плит і алюмінієвих сплавів.
Чому високий тиск азоту є важливим для нержавіючої сталі та алюмінію
Для різання нержавіючої сталі та алюмінію зазвичай потрібний тиск азоту в межах 16–20 бар, щоб видалити весь розплавлений матеріал із зони різання. Якщо тиск падає нижче цього діапазону, залишається залишковий матеріал, що може призводити до надмірного накопичення тепла та деформації деталей під час охолодження. Встановлено, що підвищення тиску азоту при роботі з алюмінієвими листами товщиною 5 мм дозволяє збільшити рівність країв приблизно на 40%, згідно з тестами, проведеними на виробничих підприємствах. Це має велике значення для деталей, що використовуються в літаках та автомобілях, де навіть мінімальні відхилення мають значення — технічні вимоги часто передбачають точність вимірювань у межах 0,1 мм або краще.
Забезпечення безперебійного постачання азоту за допомогою генераторів прямої дії
Як генератори азоту виробляють високочистий газ на місці використання
Сучасні генератори азоту використовують технології адсорбції при змінному тиску (PSA) або мембранного розділення для виділення азоту зі стисненого повітря, досягаючи рівня чистоти до 99,99% — що перевищує вимоги для більшості застосувань лазерного різання. Ці системи автоматично регулюють вихід на основі поточного попиту, підтримуючи оптимальну якість газу без втручання оператора. Raysoar розробив різні серії генераторів азоту PSA для задоволення різних потреб різання клієнтів.
Виключення простоїв через заміну балонів та затримки поставок
Застарілі способи отримання азоту просто створюють проблеми для більшості рослин. Підприємства, які використовують системи з балонами, втрачають близько 12–18 годин щомісяця, змінюючи ємності та узгоджуючи поставки. Виробництво азоту безпосередньо на місці усуває всі ці перерви, адже його постачання практично необмежене та доступне завжди, коли потрібно. Ця різниця особливо відчутна під час роботи з блискучими металами, такими як алюміній. Кожен, хто вже пробував лазерне розрізання, знає, що нестабільний потік газу порушує весь процес. Тому багато майстерень, які виготовляють точні деталі, останнім часом переходять на генератори азоту на місці.
Замовник Кейс: економія €200 щодня
Виробник меблів з Північної Європи придбав у Raysoar азотні генератори серії BCP.
Лазерний верстат: плоске різання 4 кВт – 1 од., різання труб 3 кВт – 1 од.
Матеріал для різання: нержавіюча сталь/вуглецева сталь/алюмінієвий сплав
Товщина матеріалу: 1,5 мм/3 мм
Витрати на газ у балонах, включаючи транспортування: євро350/пакет(8шт.)x 2пакети/тижденьx45тижнів = євро 31500/рік
Інвестуючи в генератор азоту на місці BCP40 компанії Raysoar, клієнт отримає ROI протягом 12 місяців.
Порівняно з газом у балонах, генератор азоту на місці споживає лише електроенергію, яка коштує приблизно євро 0,06/кВт·год, євро 15/день, євро 3348/рік. Крім того, витрати на робочу силу для заміни газових балонів робітниками компенсують витрати на обслуговування генераторів азоту, а можливо, навіть перевищують їх.
Як безперервність процесу підвищує ефективну швидкість лазерного різання
Стабільний тиск і потік газу для стабільної продуктивності різання
Генератори азоту підтримують стабільний тиск газу з відхиленням приблизно 2% під час лазерного розрізання, що усуває ті неприємні коливання, які призводять до поганого розрізу або утворення багато дросу. Така стабільність тиску дозволяє операторам працювати на максимально можливій швидкості різу, не втручаючись вручну. Це особливо важливо для матеріалів, таких як нержавіюча сталь і алюміній, де навіть невеликі зміни витрати газу можуть суттєво вплинути на результат. Згідно з даними останнього річного звіту Fabrication Efficiency Report, ширина різу може збільшитися на 15%, якщо подача газу нестабільна. Отже, точний контроль подачі азоту — це не просто бажання, а необхідність для забезпечення якості виконання робіт.
Зменшення перерв підвищує загальну віддачу обладнання
Системи з використанням азоту на місці досягають 92% часу роботи порівняно з 76% для систем із балонами. Цей розрив у 16% виникає через усунення зміни газу та час очікування на поставки — фактори, які інакше змушують 6–8 зупинок роботи щодня на підприємствах із високим обсягом виробництва.
Вища якість різання мінімізує необхідність переділу та вторинних операцій
Постійна чистота азоту понад 99,95% зменшує дефекти, пов'язані з окисненням, на 40% згідно з 12-місячним дослідженням 47 підприємств металообробки. Це безпосередньо призводить до скорочення трудовитрат на шліфування та полірування на 29% — операції, які інакше нівелюють очевидні переваги у швидкості різання через нестабільні поставки газу.
Генератори азоту проти традиційного постачання газу: вартість, надійність та масштабованість
Порівняння генерації на місці з рідким азотом та балонами
Перехід на генератори азоту може суттєво знизити поточні витрати для майстерень лазерного зварювання, адже більше не потрібно постійно купувати та зберігати газ. Традиційні системи з різноманітними ємностями та балонами з рідким азотом потребують постійного поповнення, що зазвичай коштує від 1,5 до 4 доларів за кожні 100 кубічних футів використаного газу. Але коли компанії встановлюють власні системи генерації на місці, вони зазвичай бачать, що витрати на виробництво знижуються нижче 30 центів за 100 кубічних футів після того, як початкові вкладення окупляться протягом 9–24 місяців. Крім економії коштів, такі системи також позбавляють клопоту, пов’язаного з раптовим закінченням газу в критичні моменти. Багато виробників, які досі залежать від зовнішніх постачальників, втрачають приблизно 12–18 годин на рік, просто очікуючи доставки, згідно з галузевими звітами. Для майстерень, які прагнуть залишатися конкурентоспроможними, уникнення такого непланового простою робить суттєву різницю в дотриманні термінів та збереженні задоволених клієнтів.
Екологічні та експлуатаційні переваги власного постачання азоту
Виробництво азоту на місці може скоротити вуглецевий слід приблизно на 30 відсотків, адже виключає необхідність транспортування газових балонів або доставки рідкого азоту по місту. Покращується також безпека на робочому місці, згідно з кількома останніми дослідженнями, які показали, що після переходу на системи-генератори підприємства мали на 65% менше аварій, пов’язаних з обробкою газу. Рівень чистоти зберігається вище 99,95% більшу частину часу, що означає, що матеріали менше окислюються під час обробки. Це має велике значення в таких галузях, як авіакосмічне виробництво, де навіть мінімальні домішки можуть зіпсувати компоненти, а також є важливим для виготовлення медичних пристроїв, які потребують абсолютно точної побудови.
Масштабованість для зростаючих потреб лазерного різання й виготовлення
Модульні генератори азоту цілком добре справляються зі змінними виробничими потребами, дозволяючи підприємствам збільшувати випуск продукції в межах приблизно від 40 до навіть 200 відсотків, не замінюючи наявне обладнання. Така гнучкість суттєво допомагає у великих обсягах виробництва, що працюють цілодобово, як, наприклад, металообробні майстерні, яким потрібен постійний постачання. Традиційні газові системи просто не можуть впоратися з витратами, що перевищують приблизно 50 кубічних метрів на годину. Поле розширювана конструкція означає, що ці установки можна підключати до додаткових лазерних різаків за потреби, що значно зменшує витрати на інфраструктуру порівняно з тим, що довелося б витратити на встановлення або модернізацію резервуарів для зберігання рідкого азоту пізніше.
Тривалі виробничі досягнення та тенденції прийняття в промисловості
Стабільна ефективність у різних змінах та високопродуктивних операціях
Магазини лазерної різки довше залишаються продуктивними, якщо вони використовують генератори азоту замість традиційних балонів. Неперервний потік газу означає, що машини зупиняються рідше, що особливо важливо для підприємств, які працюють цілодобово. Магазини, які перейшли на генератори, повідомляють, що коливання тиску протягом зміни зменшилися приблизно на 12 відсотків, що має велике значення для підтримки якості різання як першого дня, так і третьої ночі. Насправді важливо, скільки часу витрачається даремно на очікування заміни газу. З генераторами не потрібно зупиняти виробництво кожні кілька годин для нудних замін балонів, які зазвичай тривають від двадцяти до сорока хвилин. Для виробників, які мають справу з великими обсягами нержавіючих та алюмінієвих деталей, така надійність безпосередньо перетворюється на економію коштів.
Зростаюче використання генераторів азоту в прецизійному виробництві
Останній звіт про промислове застосування лазерів за 2024 рік демонструє цікавий факт: використання генераторів азоту зросло на 22% у річному порівнянні в авіаційній та медичній галузях. Чому це відбувається? По-перше, тому що деталі, виготовлені за допомогою лазерів, мають бути надточними. Більшість виробників (мова йде про 94%) не приймають газ із чистотою нижче 99,95%. Автомобільна індустрія також отримала реальні переваги. Візьмімо одного з провідних постачальників першого рівня, який перейшов на власне виробництво азоту на місці. Результати виявилися надзвичайними — до 98% якості першого циклу при розрізанні делікатних компонентів акумуляторів EV. Цілком логічно, правда?
Часто задані питання
Чому азот використовується при лазерному розрізанні?
Азот використовується в лазерному різанні для запобігання окисленню, яке може послабити матеріали та вплинути на якість поверхневої обробки. Використання азоту допомагає зберегти міцність матеріалу й досягти більш точних розрізів.
Яке значення має чистота азоту в лазерному різанні?
Чистота азоту має вирішальне значення, оскільки впливає на точність і швидкість лазерного різання. Висока чистота (приблизно 99,9%) забезпечує кращу швидкість і точність різання, зменшуючи утворення шлаку й розсіювання енергії.
Як високий тиск азоту впливає на лазерне різання?
Високий тиск азоту (від 16 до 20 бар) є ключовим для ефективного видалення розплавленого матеріалу, забезпечуючи чисті розрізи без залишків, які можуть викликати накопичення тепла або деформацію.
Які переваги виробництва азоту на місці?
Виробництво азоту на місці забезпечує безперебійне постачання, зменшує перерви в роботі через заміну балонів, скорочує витрати й підвищує безпеку на робочому місці, усуваючи аварії, пов’язані з обробкою газів.
