Азот, кислород и сжатый воздух для лазерной резки

Азот, кислород и сжатый воздух могут удалять расплавленный металл из прорези, образовавшейся при лазерной резке, но они не обеспечивают одинакового качества кромки и не дают одинаковой экономической эффективности производства. Используйте азот, когда важна яркая кромка с низким содержанием оксидов, особенно при резке нержавеющей стали и алюминия. Используйте кислород при резке мягкой стали, когда выгодно использовать тепло, выделяемое в процессе окисления, и допустима окисленная кромка. Используйте сжатый воздух, когда допускается некоторое изменение цвета кромки, а на производстве имеется достаточное количество чистого, сухого и стабильного сжатого воздуха под высоким давлением.

В этом и заключается логика выбора. Реальное решение всё же необходимо принимать с учётом марки материала, толщины, чертежа, последующих технологических операций и местного снабжения газом. Если ориентироваться исключительно на цену баллона, то дешёвый газ превращается в дорогую деталь.

Какую роль играет газ-ассистент при лазерной резке?

Газ-ассистент выполняет две основные функции. Он вытесняет расплавленный материал из пропила и регулирует химическую реакцию вокруг горячей кромки разреза. Стабильная подача газа также помогает предотвратить попадание брызг на сопло и режущую головку, хотя и не заменяет правильную настройку сопла, соблюдение рабочего зазора, фокусировку или уход за оптикой.

Таким образом, газ влияет не только на внешний вид реза. Он может изменять скорость резки, количество шлака, степень окисления кромок, срок службы расходных материалов, а также определять, пойдет ли деталь непосредственно на сварку, нанесение покрытия или сборку. Производственная бригада должна оценивать результат по нижнему краю и вокруг мелких деталей, а не только по простому прямому участку в середине образца.

Давление газа — это лишь один из параметров данной системы. Диаметр сопла, его состояние, положение фокуса, мощность, скорость подачи, поверхность материала и глубина прореза — все эти факторы влияют на то, какая часть полезного импульса газа достигает зоны плавления. Простое увеличение давления на регуляторе не является разработкой технологического процесса. При реактивной резке слишком высокое давление может даже привести к потере контроля над процессом горения.

Азот для лазерной резки: оптимальный вариант для получения кромок с низким содержанием оксидов

Азот обычно является первым выбором для резки нержавеющей стали и алюминия, когда заказчику требуется чистый на вид край с минимальным окислением. Он не вступает в реакцию в зоне резки, поэтому лазер обеспечивает нагрев, а сильный поток газа удаляет расплав. Получаемый в результате край, как правило, лучше подходит для деталей, остающихся на виду, и для процессов, чувствительных к образованию оксидного слоя.

Компромисс заключается в потребности в газе. Для резки азотом часто требуются высокий расход и давление, особенно по мере увеличения глубины пропила. Незначительная замена сопла, протекающий шланг, регулятор недостаточной мощности или падение давления на станке могут повлиять как на результат, так и на расходы на газ. Чистота азота также имеет значение, когда предъявляются строгие требования к цвету кромок и коррозионной стойкости; правильные требования должны основываться на пробных пропилах и стандартах заказчика, а не на общих заявлениях о чистоте.

Азот, как правило, является более безопасным выбором для коммерческого использования в следующих случаях:

• края из нержавеющей стали или алюминия остаются видимыми;
• удаление оксида привело бы к задержке сварки, нанесения покрытия или сборки;
• цвет кромки является частью критериев приемки;
• Переделка обходится дороже, чем дополнительный бензин.

Не стоит полагать, что использование азота автоматически гарантирует идеальный рез. Наличие густой окалины, шероховатых борозд на нижнем крае или коричневого нагара по-прежнему может свидетельствовать о неправильной настройке фокуса, скорости, сопла, расстояния до заготовки, чистоты газа или давления подачи. Прежде чем винить поставщика газа, осмотрите деталь целиком.

Кислород для лазерной резки: оптимальный вариант для мягкой стали

Кислород является активным вспомогательным газом. При обработке мягкой и углеродистой стали он вступает в реакцию с раскаленным железом и выделяет дополнительное тепло, способствуя продвижению лазерного луча по листу. Именно поэтому кислород по-прежнему остается полезным при обработке толстых листов из мягкой стали даже в цехах, оснащенных мощными волоконными лазерами.

Видимой проблемой является окисленная кромка. Этот тёмный оксидный слой может быть приемлем для несущей детали, но он может стать проблемой перед нанесением порошкового покрытия, окраской или некоторыми сварочными работами. Если оксид необходимо удалить шлифованием, при сравнении предложений необходимо учитывать затраты на рабочую силу, абразивные материалы, погрузочно-разгрузочные работы, а также вероятность пропуска участков. Использование кислорода может казаться экономичным на стане для резки, но при этом затраты переносятся на последующие этапы производства.

Кислород также требует тщательного контроля параметров. На реакцию влияют чистота, давление, геометрия сопла, настройки прожига, фокус и состояние поверхности. Большее количество кислорода не всегда означает лучший результат; чрезмерное или нестабильное горение может привести к расширению прорези, смягчению углов или образованию неравномерного шлака. Оценивать количество кислорода следует исходя из конкретной схемы размещения деталей, включая мелкие отверстия и узкие углы, а не на примере одного большого прямоугольника.

Для большинства цехов кислородная обработка является целесообразным начальным этапом обработки мягкой стали, когда толщина и производительность имеют большее значение, чем гладкость кромок. Обычно это неверный выбор для нержавеющей стали, которая должна сохранять чистый, устойчивый к коррозии внешний вид.

Сжатый воздух для лазерной резки: снижение расхода газа при соблюдении определенных условий

Сжатый воздух не является ни полностью инертным, ни чистым кислородом. Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода, поэтому резка воздухом сочетает в себе выталкивание расплава с более слабым окислительным эффектом. При обработке подходящих тонких и среднетолстых заготовок это позволяет снизить потребность в покупном газе и обеспечить приемлемую производительность. Однако на кромке может наблюдаться более выраженное окрашивание или окисление, чем при резке азотом.

Фраза “бесплатный сжатый воздух” становится причиной множества неверных решений при покупке. Сжатый воздух лазерного качества должен обеспечивать достаточное давление и расход у резака во время работы станка, а не просто в резервуаре компрессора, когда потребность в воздухе отсутствует. Кроме того, он должен проходить сушку и фильтрацию. Вода, масляный аэрозоль и твердые частицы в тракте подачи газа могут нарушить стабильность резки и нанести ущерб чувствительным оптическим компонентам.

Надлежащая модель расчета затрат на газовую резку включает:

• потребляемая компрессором электроэнергия и рабочий цикл при нагрузке;
• приобретение сушилки и фильтра, их техническое обслуживание и потери давления;
• система утилизации конденсата и сменные элементы;
• форсунки, защитные стекла и другие расходные материалы;
• переделка или брак из-за цвета кромок и нагара.

В моделях расчета затрат на оборудование SENFENG сушеный сжатый воздух также рассматривается как системная статья затрат, а не как газ с нулевой стоимостью. В качестве примеров приводятся расходы на электроэнергию компрессора, мощность оборудования, сопла и защитные линзы; при этом компания предупреждает, что расход газа зависит от толщины пластин и местных тарифов на коммунальные услуги.

Использование сжатого воздуха наиболее целесообразно в тех случаях, когда значительная доля ассортимента продукции проходит испытание с отбором проб с помощью воздушного сепаратора, компрессорная установка способна обеспечить одновременный спрос, а последующий технологический процесс допускает наличие отходов. Если требованиям соответствует лишь небольшая часть продукции, специализированная пневматическая система может провести большую часть своего срока службы в ожидании подходящего задания.

Сравнение азота, кислорода и сжатого воздуха

Вспомогательный газ	Типичное оптимальное соответствие	Ожидаемое преимущество	Основной фактор, влияющий на затраты	Основной производственный риск
Азот	Нержавеющая сталь, алюминий, открытые детали или детали, подготовленные к сварке	При правильных параметрах и надлежащей чистоте получается яркая кромка с низким содержанием оксидов	Расход газа, способ подачи, давление подачи	Высокий расход газа или окрашивание краёв из-за недостаточной чистоты и расхода
Кислород	Мягкая и углеродистая сталь, особенно в тех случаях, когда помогает резка с использованием окисления	Тёмный окисленный край	Приобретенный кислород плюс удаление оксидов	Неконтролируемое горение, качество углей, очистка ниже по потоку
Сжатый воздух	Детали, для которых цена имеет значение и допускается некоторое изменение цвета	Рабочая кромка с более выраженным окислением, чем содержанием азота	Мощность компрессора, осушение, фильтрация, техническое обслуживание	Влага, масло, нестабильное давление, непредвиденные доработки

Как выбор материала и толщины влияет на выбор вспомогательного газа

Материал имеет первостепенное значение, поскольку газ определяет химический состав кромки. При работе с нержавеющей сталью обычно предпочтительнее использовать азот, если важны внешний вид и низкий уровень окисления; сжатый воздух можно использовать только в том случае, если заказчик согласен с получаемым цветом и качеством поверхности. Для мягкой стали кислород по-прежнему остаётся оптимальным выбором, когда резка с использованием окисления подходит для данной толщины, в то время как азот или воздух могут рассматриваться для более тонких заготовок, когда требуется иной вид кромки или более быстрый процесс. Для алюминия обычно предпочтительнее использовать азот, чтобы получить более чистую кромку, но точные возможности зависят от сплава, толщины, мощности и настроек станка.

Изменение толщины влияет на характер газового потока. По мере увеличения глубины пропила струя теряет полезный импульс, и удаление расплава становится более затруднительным. Параметр, подходящий для тонкого листа, нельзя просто масштабировать путем увеличения давления. Режущая головка, сопло, газопровод, регулятор и источник подачи газа должны работать как единая система.

Покрытия также заслуживают отдельного испытания. Оцинкованные поверхности, пленка, окалина, масло и неодинаковая плоскостность листов могут влиять на поведение при пробивке и обработке кромок. Если ассортимент продукции включает несколько марок, следует проводить испытания на репрезентативных листах от обычных поставщиков, а не на одном тщательно отобранном образце.

Параметры системы Assist-Gas: давление, чистота, сопло и расход

Показания манометра на распределительной стойке не являются доказательством давления на сопле. Длинные трубопроводы, мелкие фитинги, забитые фильтры, клапаны и пиковые нагрузки со стороны других станков могут приводить к падению давления. Зафиксируйте значение динамического давления во время резки, а затем убедитесь, что расход остается стабильным на протяжении всей обработки полного гнезда.

Чистота должна быть увязана с видимым и измеримым результатом. В случае азота повышение чистоты имеет смысл только тогда, когда это позволяет устранить окисление кромок или удовлетворить требования последующих этапов технологического процесса. В случае кислорода загрязнение может ослабить или дестабилизировать реакцию резания. В случае сжатого воздуха под чистотой подразумевается сухость, низкий уровень переноса масла и контролируемое содержание твердых частиц, а не процентное содержание того или иного газа.

Состояние сопла может привести к тому, что даже качественный газ будет давать плохие результаты. Повреждённое или смещённое сопло создаёт неравномерную струю, в результате чего одна сторона контура может резаться ровно, а на другой остаются окалины. Необходимо проверить центрирование сопла, откалибровать зазор и обслуживание лазерной режущей головки в рамках процедуры устранения неисправностей перед перезаписью всей таблицы параметров.

Как рассчитать затраты на газ для лазерной резки на одну принятую деталь

Сравнивайте три вида газа по количеству принятых деталей, а не по часам работы и уж тем более не по количеству баллонов. Начните с фактических затрат на газ или электроэнергию во время резки. Добавьте затраты на техническое обслуживание компрессора и газовой системы, расходные материалы, удаление оксидов, удаление заусенцев, бракованные детали, а также время, потерянное из-за переналадки оборудования или сбоев давления. Разделите общую сумму на количество деталей, прошедших контроль качества.

При расчетах для каждого вида газа следует использовать один и тот же чертеж, партию листов, логику раскроя, условия работы сопла и критерии приемки. Записывайте время цикла и расход газа на достаточном количестве деталей, чтобы учесть пробивку, углы и естественные колебания технологического процесса. Демонстрационная резка продолжительностью десять секунд полезна для определения направления работы; она не является исследованием годовых эксплуатационных затрат.

При сравнении нового станок для резки волоконным лазером, запросите в коммерческом предложении исходные данные по потреблению газа и необходимый пакет услуг по поставке. Затем сопоставьте эти исходные данные с тарифами на электроэнергию, контрактами на поставку газа, запланированными сменами и затратами на рабочую силу на последующих этапах. Такой же подход следует применять и к более широким Стоимость станка для лазерной резки и окупаемость инвестиций расчёты.

Как выбрать подходящий газ-ассистент для лазерной резки

Начните с чертежа и следующего этапа обработки. Если кромка должна остаться блестящей или изделие сразу поступает на операцию, чувствительную к окислению, сначала проведите испытание с использованием азота. Если речь идет о мягкой стали и допустимо окисление кромки, начните с кислорода. Если изделие допускает некоторое изменение цвета, а объем производства достаточно велик, чтобы оправдать использование пневматической системы, сравните стоимость сжатого воздуха и азота с точки зрения затрат на каждую принятую деталь.

Предоставьте поставщику оборудования техническое задание, включающее:

• марки материалов и доля работ по материалам;
• минимальная, средняя и максимальная толщина;
• размеры листа и типовые файлы DXF;
• размеры отверстий, допуски, требования к обработке кромок и последующие операции;
• размер партии, смены, годовой объем и предполагаемая плотность размещения;
• предпочтительные виды газа, местные цены и надежность поставок;
• доступная мощность компрессора, осушение, фильтрация и потребность установки;
• требования к погрузке, разгрузке, извлечению и автоматизации.

Затем закажите пробные отрезы для тех деталей, которые изготовить сложнее всего, а не для самых простых. Перед испытанием определите критерии «прошел/не прошел»: шлак, цвет кромок, перпендикулярность, ширина пропила, качество отверстий, состояние углов, а также возможность перехода детали к следующей операции без ручной доработки. Многие предотвратимые отказы возникают из-за того, что скриншоты параметров рассматриваются как гарантии; более широкий перечень Ошибки при лазерной резке, которых следует избегать помогает сосредоточить внимание в ходе приемочных испытаний на реальной работе, а не на отлаженной демонстрации.

Заключение

Азот является стандартным выбором для резки нержавеющей стали с низким содержанием оксидов и алюминия; кислород оправдывает своё использование при резке мягкой стали, где реакция окисления способствует процессу резки; а сжатый воздух является экономически выгодным вариантом только в том случае, если качество реза и воздуха проходит проверку в реальных производственных условиях. Использование смеси газов зачастую является более разумным решением, чем принудительное применение одного вида газа для всего объёма заказов.

Прежде чем принять окончательное решение, сравните параметры газов на типовых чертежах и рассчитайте стоимость одной готовой детали. Если у вас есть пакет файлов DXF, но вы не уверены, какой газ, система давления или конфигурация лазера подходят для данной работы, отправьте список материалов, диапазон толщин и требования к кромкам технической команде SENFENG. Специалисты смогут обсудить с вами конкретные варианты на основе образцов реза и необходимого комплекта оборудования для подачи газа, а не опираться на общие утверждения о том, что один газ всегда дешевле.

Часто задаваемые вопросы

Какой газ лучше всего подходит для лазерной резки нержавеющей стали?

Азот, как правило, является лучшим выбором, когда для нержавеющей стали требуется получить блестящую кромку с низким содержанием оксидов. Сжатый воздух может снизить затраты на покупку газа, но он может привести к появлению пятен и должен пройти приемочный контроль на последующем этапе.

Что лучше подходит для лазерной резки мягкой стали: кислород или азот?

Для резки толстой мягкой стали часто предпочитают использовать кислород, поскольку окисление способствует нагреву места реза. Азот целесообразно использовать в тех случаях, когда предотвращение образования оксидного слоя важнее, чем расход газа.

Может ли сжатый воздух заменить азот при резке волоконным лазером?

Да, для деталей, материал, толщина, стандарты обработки кромок и последующие технологические процессы которых допускают использование кромок, полученных методом воздушной резки. Кроме того, воздух должен быть сухим, отфильтрованным, стабильным и поступать с требуемым давлением и расходом.

Почему сжатому воздуху нужны осушитель и фильтры?

Сушка и фильтрация позволяют удалить влагу, масляный аэрозоль и твердые частицы, которые могут нарушить процесс резки и загрязнить газовой канал. Одного только давления в цеху недостаточно, чтобы воздух был пригодным для использования в лазерном резаке.

Какой газ-ассистент является самым дешевым для лазерной резки?

Не существует универсального самого дешевого газа. Сравните азот, кислород и воздух по стоимости на единицу продукции, включая затраты на энергию, подачу газа, расходные материалы, техническое обслуживание, доработку и последующую очистку.