لیزر کاٹنے کے لیے نائیٹروجن جنریٹر کیسے منتخب کریں؟

لیزر کاٹنے کے جنریٹرز کے لیے نائیٹروجن کی صفائی کی ضروریات کو سمجھنا

صنعتی لیزر کاٹنے میں کٹ کی معیار اور عمل کی پیداواریت نائیٹروجن کی صفائی کی سطح پر منحصر ہوتی ہے۔ اعلیٰ خالص (≥99.95%) نائیٹروجن آکسیڈیشن کو روکنے کے لیے استعمال ہوتی ہے، ساتھ ہی تیز دھار والے کنارے فراہم کرتی ہے جن پر دروس نہیں ہوتا، جو مواد کی سالمیت یا پیداواری لاگت کو متاثر کر سکتا ہے۔ غیر معیاری صفائی کی وجہ سے آکسیڈیشن کے خامات کی وجہ سے خودرو سازی کے مراکز میں لیزر کٹے ہوئے حصوں کی مستردگی کے 43% واقعات سامنے آئے ہیں (پونمن 2023)، اس لیے صحیح گیس کا انتخاب ایک اہم آپریشنل فیصلہ ہے۔

مواد کی قسم کے حساب سے آکسیڈیشن کو روکنے کی حدیں

موثر طریقے سے آکسیڈیشن کو روکنے کے لیے مختلف دھاتوں کو نائیٹروجن کی صفائی کی مختلف سطحوں کی ضرورت ہوتی ہے:

اُچھے کرومیئم موالائے سٹینلیس سٹیل کو کرومیئم آکسائیڈ کی تشکیل سے بچنے کے لیے آلٹرا-پیور نائٹروجن (≥99.99%) کی ضرورت ہوتی ہے۔ الومینیم میں تھوڑی کم پیوٹی کی اجازت ہے لیکن اس کے باوجود ایئرو اسپیس گریڈ کے حصوں کے لیے ≥99.95% درکار ہے۔ گیس سیپریشن ممبران میں حالیہ پیش رفت سے اب 99.999% پیوٹی حاصل ہو سکتی ہے جو پرانے نظاموں کے مقابلے میں 30% کم توانائی لاگت سے حاصل کی جا سکتی ہے۔

صاف ستھرے کا سٹینلیس اور الومینیم کے مقابلے میں کنارے کی کوالٹی پر سیدھا اثر

کنارے کی کھردری پیمائش سے دونوں مواد کے درمیان واضح فرق ظاہر ہوتا ہے:

مرکب انسٹی ٹیوٹ کے مطابق (2022) سٹینلیس سٹیل کے لیے ہر 0.01% صفائی کی کمی کنارے کے آکسیکرن کو 27% تک بڑھا دیتی ہے۔ ایلومنیم زیادہ برداشت کا مظاہرہ کرتا ہے - صفائی کو 99.95% سے 99.5% تک کم کرنا صرف 66% تک کی تیزی کو بڑھاتا ہے جبکہ اسٹیل کے لیے 187% تک ہوتا ہے۔ اب سب سے زیادہ تیار کنندہ کٹنگ سائیکلوں کے دوران ±0.005% صفائی کو برقرار رکھنے کے لیے ریل ٹائم گیس اینالائزرز کو نافذ کر رہے ہیں۔

نائیٹروجن جنریشن سسٹمز میں فلو ریٹ اور دباؤ کو بہتر بنانا

لیزر کٹنگ آپریشنز میں فلو ریٹ اور دباؤ کے پیرامیٹرز کا درست کنٹرول آپریشنل کارکردگی اور مواد کی کوالٹی دونوں کا فیصلہ کرتا ہے۔ مناسب پیرامیٹرائزیشن نائیٹروجن کے ضائع ہونے کو کم کرتی ہے جبکہ آکسیکرن کی خامیوں کو روکتی ہے، جبکہ مواد کی موٹائی اور کٹنگ کی رفتار گیس کھپت کی ضروریات کا تعین کرتی ہے۔

1-30 ملی میٹر مواد کے لیے کٹنگ سپیڈ سے فلو ریٹ کے فارمولے

مواد کی موٹائی (T)، کٹنگ سپیڈ (S)، اور استعمال ہونے والی نائٹروجن فلو ریٹ (Q) کے درمیان ایک بنیادی تعلق ہے: Q = K × T² / S جہاں K مسلسل مواد ہے (K=1.2 SS کے لیے، K=1.8 Al کے لیے)۔ 12 ملی میٹر سٹیل لیس 2 میٹر/منٹ کٹنگ پر اس کا مطلب 150 Nm³/h کا فلو ہے۔ اہم حدود میں شامل ہیں:

• 1-5 ملی میٹر شیٹس: 35-70 Nm³/h @ 15 بار
• 10-15 ملی میٹر سٹرکچرل اسٹیل: 100-180 Nm³/h @ 20 بار
• 20-30 ملی میٹر ایلوائے: 220-300 Nm³/h @ 25 بار

پلازما آرک کے تحفظ کے گیس کورٹین کو برقرار رکھنے کے لیے موٹائی میں اضافہ ایکسپونینشل فلو ریٹ ایڈجسٹمنٹ کا مطالبہ کرتا ہے۔ ہر 1 ملی میٹر فیرس میٹلز کے لیے 12-15 Nm³/h اور غیر فیرس ایلوائے کے لیے 18-22 Nm³/h کا اضافہ کرتا ہے۔

جاری کارروائی کے لیے دباؤ کی استحکام تکنیک

18-22 بار کے درمیان مسلسل دباؤ کو برقرار رکھنا گیس کی توربولینس کی وجہ سے کٹنگ کے کناروں پر ناہمواریوں کو روکتا ہے۔ تین ثابت شدہ استحکام کی اقسام:

1. کئی درجے بفر ٹینکس سیریل دباؤ کے خاتمے کے ذریعے کمپریسروں کے سہس کو جذب کرنا (≥4:1 حجم کا تناسب)
2. بند حلقہ PID کنٹرولرز 0.3 سیکنڈ کے اندر 0.5 بار سے زائد کے دباؤ کے انحرافات کے اندر جنریٹر کی آؤٹ پٹ ایڈجسٹ کرنا
3. دہرائے گئے دباؤ ریگولیٹرز فلٹر تبدیل کرتے وقت خود بخود فیل اوور کے ساتھ ±2% دباؤ درستگی برقرار رکھنا

امیر نظام میں حقیقی وقت وسکوسٹی کی معاوضہ شامل ہے، فلو پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرنا جب عکاسی مواد کو کاٹتے ہوئے گیس کی توسیع کی حرکیات تبدیل ہوتی ہے۔ پیش گوئی شدہ مرمت کے شیڈولز کے ساتھ مل کر، یہ طریقے تین شفٹ مینوفیکچرنگ ماحول میں 99.5% اپ ٹائم حاصل کرتے ہیں۔

PSA بمقابلہ غشای نائٹروجن جنریٹرز: ٹیکنالوجی کا موازنہ

PSA سسٹمز: ہائی-والیوم آپریشنز کے لیے 99.999% خالصتا

نائٹروجن کی بالکل بلند خالص پیداوار کے لیے پی ایس اے ماڈلز تا کم 99.999 فیصد ان کمپنیوں کے لیے ضروری ہیں جو خلائی اجزا اور طبی آلات کی تیاری کر رہی ہیں۔ یہ نظام کاربن مالیکیولر چالوں کا استعمال کرتے ہوئے مکمل ہوا سے آکسیجن کو <1ppm باقی آکسیجن تک ہٹا دیتے ہیں۔ 2022 میں تھرمل پروسیسنگ کے مطالعے سے پتہ چلا کہ خودکار لیزر کٹنگ میں ممبرین پر مبنی دیگر اقسام کے مقابلے میں آکسیڈیشن سے ہونے والی کچرے کی شرح 83 فیصد کم ہو گئی۔ یہ ماڈولر بھی ہیں اور 20 نانومیٹر³/گھنٹہ سے لے کر 5,000 نانومیٹر³/گھنٹہ تک کی بڑی مقدار کے لیے بڑھائے جا سکتے ہیں، البتہ توانائی کی امداد 500 نانومیٹر³/گھنٹہ کے پلانٹ کے سائز سے آگے جانے پر لکیری ہو جاتی ہے۔

ممبرین سسٹمز: درمیانی طلب کے لیے توانائی کی کارآمدی

ہائی-پیورٹی ممبرین نائیٹروجن جنریٹرز، جو سیمی پیرمیبل ہولو فائبرز کا استعمال کرتے ہیں، 30 سے 50 فیصد کم توانائی سے 95 تا 99.5 فیصد خالص نائیٹروجن پیدا کرتے ہیں۔ 15 ملی میٹر موٹائی تک شیٹس کی غیر متقطع پیداوار کے لیے ڈیزائن کیے گئے، یہ نظام 10-500 Nm³/فی گھنٹہ پر بغیر دباؤ کے جھول کے مستقل بہاؤ فراہم کرتے ہیں۔ پولیمر ممبرین ٹیکنالوجی میں بہتری (2023 میٹریل سائنس رپورٹ) سے ممبرین کی زندگی میں 17 فیصد اضافہ ہوا ہے جب وہ بغیر ذرات کی فلٹرنگ کر رہے ہوتے ہیں۔ الومینیم یا سٹین لیس سٹیل کو روزانہ 12 گھنٹے سے کم وقت تک کاٹنے والی جاب شاپس کے لیے، ممبرین سسٹمز چونکہ ان کے کم جگہ گھیرنے اور کم آس پاس کی آواز کی وجہ سے پسند کا نظام بن گئے ہیں۔

پیداواری اسکیلوں کے مطابق قیمت-فی-Nm³ کا تجزیہ

2024 گیس سسٹم کے ایک معیاری لاگت ماڈل کا تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ جب استعمال 4,200 گھنٹوں سے کم ہوتا ہے تو جھلی جینریٹرز کی ملکیت کی کل لاگت کم ہوتی ہے، جبکہ جب استعمال 65 فیصد سے زیادہ ہوتا ہے تو پی ایس اے سسٹمز مینوفیکچرر کے لیے قیمتی ہو جاتے ہیں۔ نائیٹروجن جنریشن سسٹمز میں طویل مدت میں توانائی 55 تا 68 فیصد لاگت کا حساب ہوتا ہے، جس سے یہ اہمیت واضح ہوتی ہے کہ ٹیکنالوجی کا انتخاب کرتے وقت درست طور پر طلب کی پیش گوئی کرنا کتنا ضروری ہے۔

نائیٹروجن جنریٹر کی صلاحیت کے لیے مخصوص مواد کا انتخابی معیار

کاربن اسٹیل بمقابلہ تانبہ: متغیر شدہ صفائی کی ضرورت

نائٹروجن کی خالص سطح لیزر کاٹنے کے استعمال کے لئے مادہ کی کیمسٹری اور موٹائی پر منحصر ہوتی ہے۔ کاربن سٹیل کی پروسیس 8 ملی میٹر سے کم موٹائی پر نائٹروجن کو 0.5 فیصد آلودگی تک برداشت کر سکتی ہے، کم کرومیم کی موجودگی کی وجہ سے آکسیڈیشن کا خطرہ بھی کم ہوتا ہے۔ دوسری طرف تانبے کو رنگت اور حرارت کی وجہ سے ہونے والی چھوٹی سوراخوں (pitting) سے بچنے کے لئے کم از کم 99.95 فیصد خالص ضروری ہوتی ہے، خاص طور پر 6 ملی میٹر سے زیادہ موٹی شیٹس کی صورت میں۔ تانبے کی مصنوعات کو 10 ملی میٹر موٹا کاٹنے کی صورت میں یہ پایا گیا کہ خالص میں 0.05 وزن فیصد کی کمی کناروں کی کھردری میں 30 فیصد اضافہ کرتی ہے، کیونکہ نائٹروجن آکسیجن کے مائع میں مداخلت روکنے میں کم مؤثر ہوتی ہے [19]۔ آپریٹرز کو جeneratorنریٹر کی ضرورت کے مطابق خالص کی ضروریات اور اخراجات (مثال کے طور پر، توانائی کی کھپت) کے درمیان موازنہ کرنا ہوتا ہے - خالص میں 0.1 فیصد اضافہ عام طور پر ایڈсорپشن-بیسڈ نظام کے لئے توانائی کی کھپت میں 8 تا 12 فیصد اضافہ کا باعث ہوتا ہے۔

10 ملی میٹر اور 25 ملی میٹر پلیٹس کا کاٹنا: صلاحیت کی ایڈجسٹمنٹ کا ڈھانچہ

مواد کی موٹائی براہ راست نائٹروجن کے بہاؤ کی شرح اور دباؤ کی ضروریات طے کرتی ہے۔ 10 ملی میٹر سٹین لیس سٹیل کو کاٹنے کے لیے صاف کناروں کو برقرار رکھنے کے لیے 40–60 Nm³/h کی شرح سے 16 بار دباؤ درکار ہوتا ہے، جبکہ 25 ملی میٹر پلیٹس کو زیادہ گھنے مادے کو کاٹنے کے لیے 120–150 Nm³/h کی شرح سے 22+ بار دباؤ درکار ہوتا ہے۔ قابلِ توسیع نائٹروجن پیداواری نظام کو ان متغیرات سے نمٹنے کے لیے درج ذیل اقدامات کے ذریعے ہم آہنگ ہونا چاہیے:

• ماڈیولر ڈیزائن : بہاؤ کی شرح کو 30 Nm³/h کے اضافے سے بڑھانے کے لیے کمپریسر یونٹس کا اضافہ کرنا
• دباو کی سطح کا تعین : موٹائی میں تبدیلی کے دوران آؤٹ پٹ کو مستحکم کرنے کے لیے متعدد ریسیورز کا مراحل وار استعمال
  پتلا اور موٹا دونوں قسم کے مادے کو کاٹنے والی فیکٹریز کے لیے، 500 Nm³/h کی پیداواری صلاحیت اور 25 بار کام کرنے کے دباؤ کا جنریٹر کافی بفر صلاحیت یقینی بناتا ہے۔ زیادہ حجم والے آپریشنز سے حاصلہ ڈیٹا ظاہر کرتا ہے کہ مسلسل کاٹنے کے چکروں کے دوران معیار کی خرابی کو کم کرنے کے لیے 15–20 فیصد صلاحیت کا حفاظتی فرق ضروری ہے۔

نائٹروجن جنریٹر کی مناسب سائز کے لیے آپریشنل تقاضوں کا حساب لگانا

تین شفٹس اور واحد شفٹ پیداواری صورتحال

24 گھنٹے کارخانہ کے تین شفٹس میں کام کرنے کی صورت میں، جرمن تیار کنندہ کمپریسر کی گرمی اور مالیکیولر سیو کی کارکردگی کے نقصان کے ازالہ کے لیے ایک شفٹ سسٹم کے مقابلے میں تین گنا بڑا نائٹروجن جنریٹر استعمال کرنے کی سفارش کر رہے ہیں۔ ایک شفٹ میں روزانہ 15 ٹن سٹینلیس سٹیل پیدا کرنے والے کارخانے کو 180 Nm³/h کی ضرورت ہو گی، جبکہ مستقل کام کرنے کی صورت میں ≤5ppm آکسیجن لیول کو حاصل کرنے کے لیے 432 Nm³/h کی ضرورت ہو گی۔ توانائی کی کھپت میں بہت زیادہ تبدیلی آئے گی۔ تین شفٹس میں کم کمپریسر آن/آف چکر کی وجودت میں فی Nm³ پیداوار کے لیے 38% کم بجلی استعمال ہوتی ہے، لیکن 3 گنا زیادہ پارٹیکل فلٹرز کی ضرورت ہوتی ہے (600 گھنٹوں کے بعد مقابلہ 2000 گھنٹوں کے بعد)۔

زیادہ سے زیادہ استعمال کی بفر مارجن کا حساب

ایک ساتھ لیزر کٹر کی شروعات اور مواد کی تبدیلی کو سنبھالنے کے لیے محسوب کردہ طلب کے مقابلے میں 25-35% بفر کی صلاحیت شامل کریں۔ 300 Nm³/h بنیادی ضرورت کے لیے:

• 25% بفر : 375 Nm³/h سسٹم 4 کٹرز کے ہم وقتاً ہم وقتی اضافہ کو سنبھال سکتا ہے
• 35% بفر : 405 Nm³/h سسٹم 10 ملی میٹر سے 25 ملی میٹر تک کی ایلومینیم منتقلی کے دوران خالصتا میں کمی کو روکتا ہے

چھوٹے سائز کی وجہ سے متسلسل ناکامیاں ہوتی ہیں - پیک ڈیمانڈ کے دوران 5 فیصد صلاحیت کی کمی لیزر ٹیک 2023 کے اعداد و شمار کے مطابق کنارے کے آکسیکرن کے نقائص میں 17 فیصد اضافہ کرتی ہے۔ مشینوں کے درمیان نائٹروجن کو گزشتہ پیداواری چکروں کے دوران ڈائنامک طور پر مختص کرنے کے لیے حقیقی وقت کی ایڈجسٹمنٹ الگورتھم کے ساتھ فلو میٹرز نافذ کریں۔

فیک کی بات

لیزر کاٹنے کے لیے نائٹروجن کی خالصتا کیوں ضروری ہے؟

اونچی نائٹروجن خالصتا آکسیکرن کو روکتی ہے، جس سے بونے والے مواد کو برقرار رکھتے ہوئے بغیر کسی داغ کے تیز کنارے کو یقینی بنایا جاتا ہے، جس سے تیار کردہ عمل میں مستردگی کم ہوتی ہے۔

سٹینلیس سٹیل کی کٹائی میں نائٹروجن کی خالصتا میں کمی کے کیا نتائج ہیں؟

نائٹروجن کی خالصتا میں ہر 0.01 فیصد کمی کنارے کے آکسیکرن میں 27 فیصد اضافہ کر سکتی ہے، جس سے کٹائی کی معیار متاثر ہوتی ہے اور نتیجتاً زیادہ خرابی اور مستردگی کا باعث بن سکتا ہے۔

نائٹروجن جنریشن سسٹمز لیزر کاٹنے کے عمل کو کیسے بہتر بناتے ہیں؟

یہ سسٹم فلو ریٹ اور دباؤ کے پیرامیٹرز کو کنٹرول کرتے ہیں تاکہ ضائع شدگی کو کم کیا جائے، گیس کے استعمال میں کارآمدگی یقینی بنائی جائے اور مواد کی موٹائی اور قسم کے مطابق بہترین کٹنگ کی حالت برقرار رہے۔

ایس اے اے اور ممبران جنریٹرز کی کیا اہمیت ہے؟

ایس اے اے جنریٹرز بڑے پیمانے پر آپریشنز میں زیادہ خالص ضروریات کے لیے مناسب ہیں، جبکہ ممبران سسٹم انرجی کی کارآمدگی پیش کرتے ہیں جو درمیانی حد کی ضروریات اور چھوٹے پیمانے پر پیداوار کے لیے مناسب ہے۔