نقش گازهای کمکی در کیفیت برش دستگاه برش لیزری.

هنگام تماشای دستگاه برش لیزری، به راحتی می‌توانید پرتو لیزر، حرکت سریع دستگاه برش و لبه‌های صافی را که دستگاه برش روی قطعه ایجاد می‌کند مشاهده کنید. اما فراتر از اینکه صرفاً پرتو لیزر تمام کار را انجام می‌دهد، اتفاقات بسیار بیشتری در جریان است. در نقطه‌ای که پرتو با ماده تماس می‌گیرد، جریانی از گاز در حال دمش است. این گاز، گاز کمکی نامیده می‌شود و نقشی حیاتی در کیفیت برش‌ها دارد که بیشتر افراد متوجه آن نیستند.

هنگامی که دستگاه برش لیزری را به کار می‌برید، گاز کمکی بخشی جدایی‌ناپذیر از فرآیند است و بر سرعت برش، وضوح لبه‌ها و وجود یا عدم وجود ذوب‌شده‌های فلزی (دروز) آویزان از قطعه کار تأثیر می‌گذارد. صرف‌نظر از نوع ماده، گازهای مختلف و فشار و دبی جریان متفاوتی بسته به ضخامت ماده مورد نیاز است. تنظیم صحیح این پارامترها تعیین‌کننده این است که آیا قطعه‌ای با کیفیت تولید می‌شود یا اینکه نیاز به عملیات اضافی دارد.

گازهای کمکی چه کاری انجام می‌دهند؟ چرا این گازها اهمیت دارند؟

گاز کمکی نقش چندوجهی ایفا می‌کند. اولاً، این گاز به پاک‌سازی مواد مذاب از شیار برش کمک می‌کند. در هنگام برش لیزری، فلز مذاب ایجادشده باید از شیار برش حذف شود تا از سفت‌شدن و آسیب‌رساندن به لبه‌ی شیار جلوگیری شود. این گاز به خروج فلز مذاب از پایین شیار برش نیز کمک می‌کند. ثانیاً، گاز کمکی اپتیک‌ها را محافظت می‌کند. جریان گاز کمکی لنز و نازل را از ذرات آلاینده، جرقه‌ها و قطرات فلزی پاک نگه می‌دارد. در نهایت، در مورد برخی مواد، گاز کمکی در خود فرآیند برش نیز مشارکت دارد. به‌عنوان مثال، واکنش گرمازا با گاز اکسیژن به تسریع فرآیند برش کمک می‌کند. گاز نیتروژن بی‌واکنش نیز به خروج فلز از شیار برش نیز کمک می‌کند.

برای انتخاب گاز مناسب برای یک کاربرد خاص، درک نقش گاز کمکی امری مهمی است. علاوه بر این، گازهای مختلف مشخصات متفاوتی دارند که شامل دبی جریان، فشار و خلوص می‌شوند.

اکسیژن: گازی که گرما تولید می‌کند

اکسیژن یکی از متداول‌ترین گازهای مورد استفاده برای برش فولاد نرم است. در کاربردهای صنعتی برش، خلوص آن حداقل ۹۹٫۵ درصد است. هنگامی که از اکسیژن با خلوص بالا استفاده می‌شود، فلز گرم‌شده در لبه برش شروع به احتراق می‌کند. این احتراق باعث آزاد شدن انرژی از فلز می‌شود و به لیزر برش در برش مواد ضخیم‌تر با سرعت بیشتری کمک می‌کند. واکنش بین جریان اکسیژن و رسوب فلزی می‌تواند سرعت برش را نسبت به استفاده از گازهای غیرواکنش‌پذیر ۴۰ تا ۵۰ درصد افزایش دهد.

برش با اکسیژن در فشار پایین انجام می‌شود، معمولاً در محدوده ۰٫۵ تا ۵ بار یا ۷ تا ۷۰ PSI. برای فولاد کربنی ضخیم با ضخامت ۸ تا ۲۲ میلی‌متر، از فشاری حدود ۱۰ بار و مصرف گازی حدود ۲۰ تا ۲۲ متر مکعب در ساعت استفاده می‌شود. برای صفحات بسیار ضخیم، فشار ممکن است هنگام استفاده از نازلهای دو لایه‌ای طراحی‌شده خاص، در محدوده ۰٫۰۵ تا ۰٫۰۷ مگاپاسکال باقی بماند.

معایب استفاده از اکسیژن خالص، ناشی از واکنشی به نام «لبه اکسیدشده» است. این لبه اکسیدشده، لایه‌ای تیره از اکسید را ایجاد می‌کند که ممکن است پیش از رنگ‌آمیزی یا جوشکاری، نیاز به پاک‌سازی داشته باشد. لبه حاصل ممکن است کمی درشت‌تر از لبه‌ای باشد که با سایر گازها تولید می‌شود. توانایی برش با گاز اکسیژن از نظر سرعت و ضخامت معمولاً بهترین گزینه برای فولاد نرم در اکثر کارگاه‌های ساخت و تولید است.

نیتروژن: گازی برای لبه‌های پاک

در مقایسه با اکسیژن، نیتروژن گازی بی‌اثر است و برای برش لیزری، نیازمند خلوصی حداقل ۹۹٫۹۵٪ یا بالاتر است. اغلب متخصصان ترجیح می‌دهند از نیتروژنی با خلوص ۹۹٫۹۹٪ استفاده کنند. برای بیشتر کاربردها، این میزان خلوص کافی بوده و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر است. این گاز صرفاً مواد مذاب را از شیار برش خارج کرده و سطحی پاک ایجاد می‌کند.

از آنجا که نیتروژن به نیروی مکانیکی وابسته است و از آن استفاده می‌کند، درجه‌بندی فشار آن به‌طور قابل‌توجهی بالاتر است. محدوده‌های کاری معمول بین ۱۰ تا ۲۰ بار یا ۱۵۰ تا ۳۰۰ PSI است. در برش موادی با ضخامت کمتر از ۸ میلی‌متر، فشارهای بار در محدودهٔ ۱۵ بار رایج است که همراه با دبی جریانی معادل ۵۰ متر مکعب در ساعت می‌باشد. برای ضخامت‌های ۱۲ تا ۱۵ میلی‌متر، فشارهای بار ۱۵ تا ۲۲ بار و دبی جریانی ۱۲۰ متر مکعب در ساعت الزامی است. برای ضخامت بیشینهٔ ۲۲ میلی‌متر، فشار ۲۲ تا ۳۰ بار (معادل ۳۱۹ تا ۴۳۵ PSI) و دبی جریانی ۱۵۰ متر مکعب در ساعت معمول است.

هنگام برش فولاد ضدزنگ و آلومینیوم با استفاده از نیتروژن، لبه‌ها درخشان بوده و فاقد اکسیداسیون، تغییر رنگ و پوسته‌زدگی هستند. قطعات برش‌خورده مستقیماً پس از خروج از دستگاه آماده جوشکاری و رنگ‌آمیزی می‌باشند. معایب این روش عبارتند از سرعت برش کندتر با نیتروژن و مصرف گاز بسیار بالاتر. به‌عنوان مثال، یک مخزن ۴۰ لیتری نیتروژن با فشار ۱۵ مگاپاسکال و خلوص ۹۹٫۹۹ درصد تنها برای مدت ۳۵ دقیقه در برش با نازل ۲٫۰ میلی‌متری و فشار ۱٫۲ مگاپاسکال کافی است. این امر در تولید انبوه از اهمیت قابل توجهی برخوردار است.

هواي فشرده: گزینه‌ي تعادلي

هواي فشرده جايگزين ارزان‌تر و در واقع يك توافق است. تركيب هواي فشرده حدود ۷۸ درصد نيتروژن و ۲۱ درصد اكسيژن و مقداري كمی ساير گازهاست. اين موضوع توضيح‌دهنده‌ي وجود برخي اكسيداسيون ناشي از بخش اكسيژن است، اما به ميزان كمتري نسبت به اكسيژن خالص. لبه‌هاي بريده‌شده با هواي فشرده تميزتر از حالت استفاده از اكسيژن خواهند بود، اما تميزتر از حالت استفاده از نيتروژن نخواهند بود. سرعت بريده‌شدن با هواي فشرده بهتر است، اما بهتر از دو گاز ديگر نيست.

اگر نياز به بريده‌شدن مواد نازك با ضخامت ۳ تا ۴ ميليمتر داريد و كيفيت برش اهميت زيادي ندارد، استفاده از هواي فشرده روش مناسبي براي صرفه‌جويي در هزينه است. تنها هزينه‌هاي جاري عبارتند از انرژي مورد نياز براي راه‌اندازي كمپرسور هوا و هزينه‌هاي نگهداري سيستم فيلتراسيون كمپرسور هوا.

اما استفاده از هواي فشرده براي کارهاي بريده‌شدن خطر زيادي دارد. هوا حاوي آلاینده‌های زيادي مانند گرد و غبار، آب و روغن است که باعث آسيب به اپتيک‌ها و کاهش کيفيت بريده‌شدن می‌شود. برای جلوگيری از اين مشکلات، لازم است تجهيزات اضافی‌ای را نصب کنيد تا اپتيک‌ها و کيفيت بريده‌شدن را محافظت کنند. در مورد فيلترهای هوا، استانداردهای seguir صنعتی توصيه می‌کنند که هواي فشرده مصرفی حداکثر ۰٫۰۱ قسمت در ميليون (ppm) روغن داشته باشد و نقطه شبنم آن ۱۰ درجه سانتی‌گراد يا پايين‌تر باشد. بنابراين، شما مجبور خواهيد شد از يک سيستم فيلتراسيون چندمرحله‌ای با کيفيت بالا استفاده کنيد که بسیار گران است.

گازهای تخصصی مانند آرگون برای بريده‌شدن تيتانيوم و همچنين آلياژهای تيتانيوم استفاده می‌شوند. اين گازها نيازمند يک محيط ايمن هستند و آرگون چنين محيطی را فراهم می‌کند زيرا يک گاز بي‌اثر است. گاز بي‌اثر گازی است که در فرآيند با اکثر مواد واکنش نمی‌دهد. برای کارهای بريده‌شدن تيتانيوم، خلوص آرگون باید ۹۹٫۹۹٪ باشد. همچنين فشار گاز برای قطعات ضخيم‌تر تيتانيوم باید بيشتر از ۱٫۲ مگاپاسکال باشد.

برخی ترکیبات گازی سفارشی برای کاربردهای خاص طراحی شده‌اند، اما برای اکثر کارگاه‌ها، اکسیژن، نیتروژن و هوا اجزای گازی هستند که بیشترین حجم کارها را پوشش می‌دهند.

استانداردهای خلوص و کیفیت گازها

خلوص گاز تنها یک مشخصه فنی نیست، بلکه عاملی کلیدی است که مستقیماً بر کیفیت برش تأثیر می‌گذارد. در مورد نیتروژن، اگر مقادیر جزئی اکسیژن وجود داشته باشد، لبه‌های فولاد ضدزنگ تیره می‌شوند و این امر به‌طور کامل هدف مورد نظر از استفاده از نیتروژن را نادیده می‌گیرد. در مورد اکسیژن، ناخالصی‌ها باعث کاهش بازده واکنش اگزوترمی می‌شوند، به‌گونه‌ای که برش‌ها کندتر انجام می‌شوند و کیفیت لبه‌ها پایین‌تر می‌آید.

در زیر، الزامات رایج برای انواع مختلف گازهای مورد استفاده در صنعت آورده شده است:

سطح فیلتراسیون و تغییرپذیری کیفیت هوا هر دو از اهمیت بالایی برخوردارند.

جداول پارامترهای کاربردی برای مواد رایج

اگرچه نوع گاز فشرده در کیفیت برش تأثیر دارد، اما فشار و دبی جریان نیز اهمیت دارند. اگر فشار بسیار پایین باشد، ماده مذاب از محل برش حذف نشده و سرباره در لبه پایینی برش باقی می‌ماند. اگر فشار بسیار بالا باشد، ممکن است برش مختل شود، جریان آشفته ایجاد گردد و خنک‌سازی اضافی به ماده وارد شود.

دبی جریان در داخل برش نیتروژن، به‌ویژه، از اهمیت بالایی برخوردار است. مصرف گاز بر حسب لیتر در دقیقه یا مترمکعب در ساعت ثبت می‌شود و عمدتاً تحت تأثیر اندازهٔ نازل و فشار به‌کاررفته قرار دارد. به‌عنوان مثال، یک سیلندر نیتروژن با حجم ۴۰ لیتر و فشار ۱۵ مگاپاسکال، در صورت استفاده از نازلی با قطر ۴/۰ میلی‌متر و فشار ۰/۶ مگاپاسکال، تنها حدود ۱۳ دقیقه طول می‌کشد تا تخلیه شود؛ درحالی‌که در صورت استفاده از نازلی با قطر ۲/۰ میلی‌متر و فشار ۱/۲ مگاپاسکال، این زمان به ۳۵ دقیقه افزایش می‌یابد. همین امر دلیل اصلی آن است که انتخاب نازل عاملی بسیار مهم در تعیین هزینه‌های عملیاتی شما محسوب می‌شود.

عوامل متعددی وجود دارد که باید هنگام تعیین نحوه تنظیم نقطه تمرکز یا عمق برش بهینه ماشین در نظر گرفته شوند. بخش پایینی برش به ضخامت ماده‌ای که برش داده می‌شود بستگی دارد. در برش‌های عمیق‌تر، خروج فلز مذاب نیازمند نرخ بالاتری است که این امر مستلزم تنظیم فشار بالاتری می‌باشد. هرچه فشار وارد بر سیستم بیشتر باشد، مصرف سیستم نیز بیشتر خواهد شد؛ بنابراین یافتن کمترین فشار مؤثر برای انجام کار، موثرترین راه برای کنترل هزینه‌ها خواهد بود.

رفع اشکال مسائل مربوط به گاز

اگر برش انجام‌شده صحیح نباشد، اولین موردی که باید بررسی شود، گاز مورد استفاده است. وجود ذرات مذاب (دروس) در قسمت پایینی برش معمولاً نشان‌دهنده کمبود فشار یا استفاده از گاز نامناسب برای ماده مورد نظر است. برای بررسی بهبود وضعیت، باید فشار را به افزایش‌های ۰٫۵ بار تنظیم کرد.

اگر در برش فولاد ضدزنگ هنگام استفاده از گاز نیتروژن رنگ‌پریدگی مشاهده شود، این نشان‌دهندهٔ ورود گاز آلوده به ناحیهٔ برش است. باید خلوص گاز و همچنین نشتی‌های احتمالی در سیستم توزیع گاز بررسی شود. علاوه بر این، نازل نباید دچار آسیبی باشد. رنگ زرد یا آبی روشن نشانهٔ آلودگی گاز است.

زبری لبه‌های برش می‌تواند نشان‌دهندهٔ ایجاد توربولانس ناشی از آسیب دیدن نازل یا فشار بیش از حد گاز در سیستم باشد. باید سوراخ نازل از نظر تغییر شکل یا آسیب بررسی شود. لبه‌های برش باید یکنواخت باشند که این امر نشان‌دهندهٔ یکنواخت بودن جریان گاز است. اگر برش در انتهای صفحهٔ فلزی انجام شده باشد، جریان گاز نیز باید برای بررسی احتمال انسداد در مسیر تأمین گاز مورد ارزیابی قرار گیرد.

جنبهٔ هزینه‌ای گازهای کمکی

گازهای کمکی عامل دیگری برای هزینه‌های عملیاتی هستند، زیرا این گازها بر اساس حجم مصرف‌شده در طول تولید خریداری می‌شوند. گاز نیتروژن گران‌ترین گاز است، زیرا اگر فشار تنها ۴ بار بیشتر از مقدار لازم تنظیم شود، می‌تواند منجر به افزایش ۲۵ درصد یا بیشتر در هزینه‌های عملیاتی شود؛ این افزایش ناشی از نرخ مصرف نیتروژن است. در مقابل، اکسیژن ارزان‌تر از نیتروژن است و به‌شرط آنکه کمپرسور و سیستم فیلتراسیون در دسترس باشند، می‌توان از هوا به‌صورت رایگان استفاده کرد.

با این حال، هزینه گاز تنها بخشی از کل هزینه است. عامل زمان نیز باید در نظر گرفته شود. برش سریع‌تر با گاز کمکی اکسیژن ممکن است منجر به صرفه‌جویی در هزینه نیروی کار شود که این صرفه‌جویی می‌تواند افت کیفیت ناشی از برش را جبران کند. از سوی دیگر، استفاده از گاز کمکی نیتروژن ممکن است برشی تمیزتر ایجاد کند که در نتیجه نیاز به عملیات پس‌پردازش مانند سوهان‌کشی، شن‌زنی یا سایر عملیات تکمیلی برش کاهش یابد. بنابراین پیشنهاد می‌شود که به‌جای تمرکز صرفاً بر مصرف گاز کمکی، کل هزینه تولید هر قطعه مورد تحلیل قرار گیرد.

چگونه DP Laser به شما کمک می‌کند تا این کار را به‌درستی انجام دهید

هر روز، ما به مشتریان خود در زمینه سیستم‌های برش لیزری‌شان کمک می‌کنیم تا پیکربندی‌های بهینه را تعیین نمایند. با بیش از ۲۰٬۰۰۰ سیستم نصب‌شده در سراسر جهان، دانش عمیقی درباره بهترین روش‌ها برای مواد و کاربردهای مختلف کسب کرده‌ایم. هنگامی که دستگاهی از ما تهیه می‌کنید، ما تنها آن را ارسال نکرده و کار را تمام نمی‌دانیم؛ بلکه رویکردی عملی و مستقیم داریم تا شما را در تنظیمات گاز راهنمایی کنیم و پشتیبانی بی‌نظیری برای قطعات اصلی اصیل مانند نازل‌ها و قطعات مصرفی ارائه می‌دهیم تا بتوانید نرخ جریان بهینه را در دستگاه خود حفظ کنید.

گازهای کمکی بخشی حیاتی از فرآیند برش محسوب می‌شوند و بر سرعت، کیفیت و هزینهٔ برش تأثیر می‌گذارند. برای انتخاب بهترین گازها برای فرآیندهای برش شما، باید ترکیب گاز، خلوص گاز، فشار گاز و دبی جریان گاز را در رابطه با ماده‌ای که قصد برش آن را دارید، در نظر بگیرید. زمان کافی برای تحلیل نیازهای دستگاه خود اختصاص دهید و کمی آزمایش انجام دهید و یادداشت‌برداری کنید. در صورت نیاز به کمک، با ما تماس بگیرید. یک تنظیم مناسب گاز تأثیر قابل‌توجهی بر مواد تولیدشده توسط دستگاه شما خواهد داشت.