लेज़र कटिंग मशीन में कट की गुणवत्ता पर सहायक गैसों की भूमिका।

जब आप किसी लेजर कटर को देखते हैं, तो आप आसानी से लेजर किरण, कटर की तीव्र गति और कटर द्वारा छोड़े गए चिकने किनारों को देख सकते हैं। यहाँ लेजर किरण द्वारा सभी कार्य करने के अतिरिक्त बहुत कुछ हो रहा है। जहाँ किरण सामग्री के संपर्क में आती है, वहाँ एक गैस की धारा प्रवाहित हो रही होती है। यह सहायक गैस है, और यह कटौती की गुणवत्ता के लिए उतनी ही महत्वपूर्ण है जितनी अधिकांश लोग समझते हैं।

जब आप लेजर कटिंग मशीन चला रहे होते हैं, तो सहायक गैस प्रक्रिया का एक अभिन्न हिस्सा होती है और यह कटिंग की गति, किनारों की स्पष्टता और कार्य-टुकड़े से ड्रॉस के लटकने की संभावना को प्रभावित करती है। किसी भी सामग्री के लिए, सामग्री की मोटाई के आधार पर विभिन्न गैसों और विभिन्न दबाव तथा प्रवाह दरों की आवश्यकता होती है। इसे सही ढंग से समझना यह तय करता है कि आपके पास एक गुणवत्तापूर्ण भाग है या फिर ऐसा भाग जिस पर अतिरिक्त कार्य करने की आवश्यकता है।

सहायक गैसें क्या करती हैं? वे क्यों महत्वपूर्ण हैं?

सहायक गैस एक बहुआयामी भूमिका निभाती है। सबसे पहले, यह कटिंग के दौरान उत्पन्न होने वाले द्रवीभूत पदार्थ को कटिंग के फाँक (कर्फ) से निकालने में सहायता करती है। लेज़र कटिंग के समय उत्पन्न होने वाली द्रवित धातु को कटिंग से निकाल देना आवश्यक होता है, ताकि वह जमकर कर्फ के किनारे को खराब न करे। यह गैस कटिंग के निचले भाग से द्रवित धातु को निकालने में सहायता करती है। दूसरे, यह ऑप्टिक्स की सुरक्षा करती है। सहायक गैस के प्रवाह से लेंस और नॉज़ल पर मलबे, चिंगारियों और धातु की बूँदों का जमाव रोका जाता है। अंत में, कुछ सामग्रियों के मामले में, सहायक गैस कटिंग प्रक्रिया में योगदान देती है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन गैस की ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया कटिंग प्रक्रिया को तीव्र करने में सहायता करती है। अभिक्रियाहीन नाइट्रोजन भी कटिंग से धातु को निकालने में सहायता करती है।

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए उचित गैस का चयन करने के लिए, सहायक गैस की भूमिका को समझना महत्वपूर्ण है। इसके अतिरिक्त, विभिन्न गैसों के अलग-अलग विनिर्देश होते हैं, जिनमें प्रवाह दर, दाब और शुद्धता शामिल हैं।

ऑक्सीजन: एक ऊष्मा उत्पन्न करने वाली गैस

ऑक्सीजन नरम इस्पात काटने के लिए सबसे आम रूप से उपयोग की जाने वाली गैसों में से एक है। औद्योगिक कटिंग अनुप्रयोगों के लिए, यह कम से कम 99.5 प्रतिशत शुद्ध होती है। जब उच्च-शुद्धता वाली ऑक्सीजन का उपयोग किया जाता है, तो कटिंग के किनारे पर गर्म किए गए धातु का दहन शुरू हो जाता है। यह दहन धातु द्वारा ऊर्जा के उत्सर्जन का कारण बनता है और कटिंग लेज़र को मोटी सामग्री को तेज़ गति से काटने में सहायता प्रदान करता है। ऑक्सीजन और धातु अवक्षेप की अभिक्रिया के कारण कटिंग की गति में 40 से 50 प्रतिशत तक की वृद्धि हो सकती है, जो ऐसी गैसों के उपयोग की तुलना में होती है जो अभिक्रिया नहीं करती हैं।

ऑक्सीजन कटिंग कम दबाव पर की जाती है, आमतौर पर 0.5 से 5 बार (या 7 से 70 PSI) की सीमा में। 8 से 22 मिलीमीटर मोटाई वाले मोटे कार्बन स्टील के लिए, लगभग 10 बार का दबाव और लगभग 20 से 22 घन मीटर प्रति घंटे की गैस खपत का उपयोग किया जाता है। अत्यधिक मोटी प्लेटों के लिए, विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए डुअल-लेयर नोज़ल के उपयोग के समय दबाव 0.05 से 0.07 MPa की सीमा में ही बना रह सकता है।

शुद्ध ऑक्सीजन के उपयोग का नुकसान एक अभिक्रिया के परिणामस्वरूप होता है, जिसे ऑक्सीकृत किनारा कहा जाता है। ऑक्सीकृत किनारे पर एक गहरी ऑक्साइड परत बन जाती है, जिसे रंगने या वेल्डिंग करने से पहले साफ़ करने की आवश्यकता हो सकती है। किनारा अन्य गैसों की तुलना में थोड़ा कम सटीक (थोड़ा रूखा) हो सकता है। ऑक्सीजन गैस काटने की क्षमता, गति और मोटाई के मामले में अधिकांश निर्माण दुकानों के लिए मृदु इस्पात के लिए आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होती है।

नाइट्रोजन: स्वच्छ किनारों के लिए गैस

ऑक्सीजन की तुलना में, नाइट्रोजन निष्क्रिय है और लेज़र कटिंग के लिए इसकी शुद्धता 99.95% या उससे अधिक की आवश्यकता होती है। अधिकांश प्रयोगकर्ता 99.99% शुद्धता को प्राथमिकता देते हैं और उसका उपयोग करते हैं। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, यह पर्याप्त है और आर्थिक रूप से अधिक व्यवहार्य है। यह केवल पिघली हुई सामग्री को कटिंग से बाहर धकेल देती है और सतह को स्वच्छ बनाए रखती है।

चूंकि नाइट्रोजन यांत्रिक बल पर निर्भर करता है और उसका उपयोग करता है, अतः यह दबाव के संदर्भ में काफी अधिक मांग करने वाला होता है। सामान्य कार्यशील सीमा 10 से 20 बार, या 150 से 300 PSI के बीच होती है। 8 मिमी से कम मोटाई के कटिंग के लिए, 15 बार का दबाव आमतौर पर प्रयुक्त होता है, जिसके साथ 50 घन मीटर प्रति घंटे की गैस प्रवाह दर होती है। 12 से 15 मिमी की मोटाई के लिए, 15 से 22 बार का दबाव आवश्यक होता है तथा प्रवाह दर 120 घन मीटर प्रति घंटे होती है। 22 मिमी के सबसे मोटे अनुभाग के लिए, दबाव 22 से 30 बार (या 319 से 435 PSI) तथा प्रवाह दर 150 घन मीटर प्रति घंटे सामान्य है।

जब नाइट्रोजन का उपयोग करके स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम काटा जाता है, तो काटे गए किनारे चमकदार होते हैं और ऑक्सीकरण, रंग परिवर्तन और धातु के झिल्ली (स्केल) से मुक्त होते हैं। काटे गए भाग मशीन से निकलते ही वेल्डिंग और पेंटिंग के लिए तैयार हो जाते हैं। नाइट्रोजन के उपयोग का नुकसान यह है कि काटने की गति धीमी होती है और गैस की खपत काफी अधिक होती है। उदाहरण के लिए, 2.0 मिमी नोज़ल के साथ 1.2 MPa के दबाव पर काटने के दौरान, 15 MPa दबाव और 99.99 प्रतिशत शुद्धता वाले 40-लीटर नाइट्रोजन टैंक का उपयोग केवल 35 मिनट तक ही संभव है। उच्च मात्रा में उत्पादन के मामले में यह एक महत्वपूर्ण बात है।

संपीड़ित वायु: समझौते का विकल्प

संपीड़ित वायु सस्ता विकल्प है और यह वास्तव में एक समझौता है। संपीड़ित वायु का संघटन लगभग 78 प्रतिशत नाइट्रोजन और 21 प्रतिशत ऑक्सीजन से मिलकर बना होता है, जिसमें अन्य गैसों का एक छोटा प्रतिशत भी शामिल होता है। यही कारण है कि ऑक्सीजन घटक के कारण कुछ ऑक्सीकरण होता है, लेकिन शुद्ध ऑक्सीजन की तुलना में कम। कटिंग के किनारे ऑक्सीजन की तुलना में साफ़ होंगे, लेकिन नाइट्रोजन की तुलना में इतने साफ़ नहीं होंगे। संपीड़ित वायु का उपयोग करने पर कटिंग की गति बेहतर होती है, लेकिन अन्य दो गैसों की तुलना में इतनी अच्छी नहीं होती।

यदि आपको 3 से 4 मिमी मोटी पतली सामग्री काटनी है और गुणवत्ता प्रमुख मुद्दा नहीं है, तो संपीड़ित वायु का उपयोग करना धन की बचत का एक अच्छा तरीका है। इसके लिए केवल चलने वाली लागत वायु संपीड़क को चलाने के लिए आवश्यक विद्युत ऊर्जा और वायु संपीड़क फिल्ट्रेशन प्रणाली के रखरखाव की लागत है।

लेकिन, काटने के कार्यों के लिए संपीड़ित वायु का उपयोग करना एक बड़ा जोखिम है। वायु में धूल, पानी और तेल जैसे कई प्रदूषक होते हैं, जो ऑप्टिक्स को नष्ट कर देंगे और कट की गुणवत्ता को भी खराब कर देंगे। इस प्रकार की समस्या से बचने के लिए, आपको अतिरिक्त उपकरण जोड़ने की आवश्यकता होगी जो आपकी ऑप्टिक्स और कट की गुणवत्ता की रक्षा करेंगे। वायु फ़िल्टर के संबंध में, उद्योग के मानकों की सिफारिश है कि उपयोग की जाने वाली संपीड़ित वायु में तेल की मात्रा 0.01 ppm से अधिक न हो और इसका ओस बिंदु 10 डिग्री सेल्सियस या उससे कम हो। इस कारण से, आपको एक उच्च गुणवत्ता वाली फ़िल्ट्रेशन बहु-चरणीय प्रणाली का उपयोग करना होगा, जो कि बहुत महंगी है।

टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं को काटने के लिए आर्गन जैसी विशेषता वाली गैसों का उपयोग किया जाता है। इन्हें एक सुरक्षित वातावरण की आवश्यकता होती है, और आर्गन यह प्रदान करती है क्योंकि यह एक निष्क्रिय गैस है। निष्क्रिय गैस वह होती है जो प्रक्रिया में अधिकांश सामग्रियों के साथ प्रतिक्रिया नहीं करती है। टाइटेनियम काटने के कार्यों के लिए, आर्गन की शुद्धता 99.99% होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, मोटे टाइटेनियम के टुकड़ों के लिए गैस दाब 1.2 MPa से अधिक होना चाहिए।

कुछ विशिष्ट उपयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष गैस मिश्रण होते हैं, लेकिन अधिकांश दुकानों के लिए ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और वायु वे गैस घटक हैं जो अधिकांश कार्यों को कवर करते हैं।

गैसों की शुद्धता और गुणवत्ता मानक

गैस की शुद्धता केवल एक विनिर्देश नहीं है, बल्कि यह एक महत्वपूर्ण तत्व है जो कट की गुणवत्ता को सीधे प्रभावित करता है। नाइट्रोजन के संबंध में, यदि ऑक्सीजन की एक सूक्ष्म मात्रा भी उपस्थित हो, तो स्टेनलेस स्टील के किनारे रंग बदल जाएँगे और इससे नाइट्रोजन के उपयोग का अभिप्रेत उद्देश्य पूरी तरह से व्यर्थ हो जाएगा। ऑक्सीजन के लिए, अशुद्धियाँ ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया की दक्षता को कम कर देंगी, जिससे कट धीमे हो जाएँगे और किनारों की गुणवत्ता खराब हो जाएगी।

उद्योग में उपयोग की जाने वाली विभिन्न प्रकार की गैसों के लिए आम आवश्यकताएँ नीचे दी गई हैं:

फिल्ट्रेशन का स्तर और वायु की गुणवत्ता में भिन्नता दोनों ही महत्वपूर्ण हैं।

सामान्य सामग्रियों के लिए व्यावहारिक पैरामीटर टेबल

काटने की गुणवत्ता के संदर्भ में संपीड़ित गैस का प्रकार महत्वपूर्ण होता है, लेकिन दबाव और प्रवाह दर भी महत्वपूर्ण हैं। यदि दबाव बहुत कम है, तो द्रवित सामग्री को हटाया नहीं जा सकेगा और कट के निचले किनारे पर ड्रॉस छोड़ दिया जाएगा। यदि दबाव बहुत अधिक है, तो कट बाधित हो सकता है, टर्बुलेंस उत्पन्न हो सकती है और सामग्री के लिए अत्यधिक शीतलन हो सकता है।

विशेष रूप से, नाइट्रोजन के कटिंग में प्रवाह दर महत्वपूर्ण है। गैस की खपत लीटर प्रति मिनट या घन मीटर प्रति घंटा में दर्ज की जाती है, और यह नोजल के आकार तथा उपयोग किए गए दबाव द्वारा काफी प्रभावित होती है। उदाहरण के लिए, 15 MPa के दबाव पर 40 लीटर की क्षमता वाले एक नाइट्रोजन सिलेंडर का उपयोग 0.6 MPa के दबाव पर 4.0 मिलीमीटर के नोजल के साथ करने पर केवल लगभग 13 मिनट तक ही संभव होगा, जबकि 1.2 MPa के दबाव पर 2.0 मिलीमीटर के नोजल के साथ उसका उपयोग 35 मिनट तक किया जा सकता है। यही कारण है कि ऑपरेशनल लागत को निर्धारित करने में नोजल का चयन एक इतना महत्वपूर्ण कारक है।

मशीन के फोकस या इष्टतम कट गहराई को निर्धारित करते समय कई कारकों पर विचार करना आवश्यक होता है। कट के तल की स्थिति कट किए जा रहे पदार्थ की मोटाई पर निर्भर करेगी। एक गहरे कर्फ (kerf) के तल के लिए पिघली हुई धातु को उच्च दर पर बाहर निकालने की आवश्यकता होगी, जिसके लिए उच्च दबाव सेट करना आवश्यक होगा। सिस्टम पर लगाया गया दबाव जितना अधिक होगा, सिस्टम का उपभोग भी उतना ही अधिक होगा; अतः कार्य के लिए प्रभावी न्यूनतम दबाव का निर्धारण करना लागत नियंत्रण का सबसे प्रभावी तरीका होगा।

गैस से संबंधित समस्याओं का निवारण

यदि आप जो कट कर रहे हैं, वह सही नहीं है, तो आपको सबसे पहले गैस की जाँच करनी चाहिए। तल पर ड्रॉस (dross) का होना आमतौर पर दबाव की कमी या उपयोग की गई गैस के पदार्थ के अनुकूल न होने का संकेत देता है। सुधार के लिए 0.5 बार के अंतराल में समायोजन करना चाहिए।

यदि नाइट्रोजन गैस का उपयोग करते समय स्टेनलेस स्टील के कट में रंगत परिवर्तन होता है, तो इसका अर्थ है कि गैस कुछ दूषित कट में प्रवेश करने की अनुमति दी जा रही है। गैस की शुद्धता की जाँच करनी चाहिए और गैस में कोई प्रवाह रिसाव भी देखना चाहिए। इसके अतिरिक्त, नोज़ल क्षतिग्रस्त नहीं होना चाहिए। पीला या हल्का नीला रंग गैस के दूषित होने का संकेत होगा।

कट के किनारों की रूखापन यह संकेत दे सकती है कि क्षतिग्रस्त नोज़ल के कारण कुछ टर्बुलेंस उत्पन्न हो रही है या प्रणाली पर दबाव अत्यधिक है। नोज़ल के छिद्र की जाँच करनी चाहिए ताकि नोज़ल में कोई विकृति या क्षति होने की पुष्टि की जा सके। कट के किनारे समान होने चाहिए, जिसका अर्थ है कि गैस का प्रवाह भी समान होना चाहिए। यदि कट धातु की प्लेट के अंत में किया जाता है, तो आपूर्ति की जा रही गैस में कोई अवरोध होने की जाँच के लिए गैस प्रवाह की भी जाँच करनी चाहिए।

सहायक गैसों की लागत दिशा

सहायक गैसें एक अन्य संचालन लागत हैं, क्योंकि उन्हें उत्पादन के दौरान उपयोग की गई मात्रा के आधार पर खरीदा जाता है। नाइट्रोजन गैसें सबसे महंगी हैं, क्योंकि यदि दबाव को आवश्यकता से केवल 4 बार अधिक सेट कर दिया जाए, तो नाइट्रोजन की खपत दरों के कारण संचालन लागत में 25 प्रतिशत या उससे अधिक की वृद्धि हो सकती है। इसके विपरीत, ऑक्सीजन नाइट्रोजन की तुलना में सस्ती है, और जब तक कंप्रेसर और फिल्ट्रेशन प्रणाली उपलब्ध हैं, वायु का उपयोग निःशुल्क किया जा सकता है।

हालांकि, गैस की लागत केवल कुल लागत का एक हिस्सा है। समय के संबंध में भी विचार करने की आवश्यकता होती है। ऑक्सीजन सहायक गैस के साथ तेज़ कटिंग का अर्थ हो सकता है कि श्रम लागत में बचत, कटिंग की गुणवत्ता में आए नुकसान की भरपाई कर सकती है। दूसरी ओर, नाइट्रोजन सहायक गैस एक स्वच्छ कटिंग उत्पन्न कर सकती है, जिससे पोस्ट-प्रोसेसिंग के लिए आवश्यक ग्राइंडिंग, सैंडिंग या अन्य कटिंग समापन संचालन की मात्रा कम हो जाती है। अतः प्रत्येक निर्मित भाग की कुल लागत का विश्लेषण करने का सुझाव दिया जाता है, न कि केवल सहायक गैस की खपत पर ध्यान केंद्रित करना।

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सहायक गैसें कटिंग प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं, जो गति, गुणवत्ता और लागत को प्रभावित करती हैं। अपनी कटिंग प्रक्रियाओं के लिए सर्वोत्तम गैसों का चयन करने के लिए, आपको उस सामग्री के संबंध में गैस के संघटन, गैस की शुद्धता, गैस दाब और गैस प्रवाह को ध्यान में रखने की आवश्यकता होगी जिसे आप काट रहे हैं। अपनी मशीन की आवश्यकताओं का विश्लेषण करने के लिए समय निकालें, और नोट्स लेते हुए थोड़ा प्रयोग करें। यदि आपको सहायता की आवश्यकता हो, तो हमसे संपर्क करें। एक अच्छी गैस सेटअप आपकी मशीन से उत्पादित सामग्री पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेगी।