Lazer kesim makinesinde kesim kalitesi üzerinde yardımcı gazların rolü.

Bir lazer kesiciye baktığınızda, lazer ışınını, kesicinin hızlı hareketini ve arkasında bıraktığı pürüzsüz kenarları kolayca görebilirsiniz. İşin aslı, lazer ışınının tek başına yaptığı işten çok daha fazlası gerçekleşmektedir. Işının malzemeyle temas ettiği noktada bir gaz akımı üflenmektedir. Bu, yardımcı gazdır ve kesim kalitesi açısından çoğu kişinin anladığından çok daha kritik bir rol oynar.

Lazer kesim makinesi çalıştırırken yardımcı gaz, işlemde entegre bir parçadır ve kesme hızını, kenarların netliğini ve iş parçasından döküntü kalıntısı olup olmadığını etkiler. Malzeme türü ne olursa olsun, malzemenin kalınlığına bağlı olarak farklı gazlar, farklı basınçlar ve akış hızları gereklidir. Doğru ayarlamayı yapmak, yüksek kaliteli bir parça elde edip etmediğinizi ya da ek iş gerektiren bir parça elde edip etmediğinizi belirler.

Yardımcı Gazlar Ne İşe Yarar? Neden Önemlidir?

Yardımcı gaz çok yönlü bir rol oynar. İlk olarak, kesme yuvasından erimiş malzemenin temizlenmesine yardımcı olur. Lazer kesim sırasında oluşan erimiş metal, katılaşarak kesim kenarını bozmadan kesimden uzaklaştırılmalıdır. Gaz, erimiş metali kesimin alt kısmından temizlemeye yardımcı olur. İkinci olarak, optikleri korur. Yardımcı gaz akışı, lensi ve memeyi döküntülerden, kıvılcımlardan ve metal damlacıklarından temiz tutar. Son olarak, bazı malzemeler için yardımcı gaz kesim sürecine katkıda bulunur. Örneğin, oksijen gazının ekzotermik reaksiyonu kesim sürecini hızlandırır. Reaksiyonsuz azot da metalin kesimden uzaklaştırılmasına yardımcı olur.

Belirli bir uygulama için uygun gazı seçebilmek için yardımcı gazın rolünü anlamak önemlidir. Ayrıca farklı gazların akış hızı, basınç ve saflık gibi farklı teknik özellikleri vardır.

Isı Üreten Bir Gaz: Oksijen

Oksijen, düşük karbonlu çeliğin kesilmesi için en yaygın olarak kullanılan gazlardan biridir. Endüstriyel kesme uygulamalarında en az %99,5 saflıkta olur. Yüksek saflıkta oksijen kullanıldığında, kesme kenarındaki ısıtılmış metal yanmaya başlar. Bu yanma, metalin enerji açığa çıkarmasına neden olur ve kesme lazerinin daha kalın malzemeleri daha hızlı kesmesine yardımcı olur. Oksijen akışı ile metal çökeltisi arasındaki reaksiyon, tepkime vermeyen gazların kullanılmasına kıyasla kesme hızını %40 ila %50 oranında artırabilir.

Oksijen kesimi düşük basınçta yapılır; tipik olarak 0,5 ila 5 bar (7 ila 70 PSI) aralığındadır. 8 ila 22 milimetre kalınlığındaki kalın karbon çelikleri için yaklaşık 10 bar basınç ve saatte yaklaşık 20 ila 22 metreküp gaz tüketimi kullanılır. Aşırı kalın plakalar için özel olarak tasarlanmış çift katmanlı nozullar kullanıldığında basınç 0,05 ila 0,07 MPa aralığında kalabilir.

Saf oksijen kullanmanın olumsuz yanı, oksitlenmiş kenar olarak bilinen bir reaksiyonun sonucudur. Oksitlenmiş kenar, boyanmadan veya kaynaklanmadan önce temizlenmesi gerekebilecek koyu bir oksit tabakası bırakır. Kenar, diğer gazlarla yapılan kesimlere kıyasla biraz daha pürüzlü olabilir. Oksijen gazı ile kesme, hız ve kalınlık açısından genellikle çoğu imalat atölyesi için yumuşak çelikte en iyi seçenektir.

Azot: Temiz Kenarlar İçin Gaz

Oksijene kıyasla azot inerttir ve lazer kesim için saflık gereksinimi %99,95 veya daha yüksektir. Çoğu uygulamacı, tercihen %99,99 saflıkta azot kullanır. Çoğu uygulama için bu yeterlidir ve ekonomik olarak daha uygundur. Azot, sıvılaşmış malzemeyi kesim bölgesinden dışarı iter ve yüzeyi temizler.

Azot, mekanik kuvvete dayalı ve bu kuvveti kullanan bir gaz olduğu için basınç açısından önemli ölçüde daha yüksek talep oluşturur. Tipik çalışma aralıkları 10 ila 20 bar (150 ila 300 PSI) arasındadır. 8 mm’den az kalınlıkta kesim yapılırken genellikle 15 bar basınç ve saatte 50 metreküp akış hızı kullanılır. 12 ila 15 mm kalınlık aralığında kesim için 15 ila 22 bar basınç ve saatte 120 metreküp akış hızı zorunludur. En kalın kesim alanı olan 22 mm için ise 22 ila 30 bar (319 ila 435 PSI) basınç ve saatte 150 metreküp akış hızı tipiktir.

Paslanmaz çelik ve alüminyumun azot kullanılarak kesilmesi durumunda kenar parlak olur ve oksidasyon, renk değişimi ve pas tabakası oluşumundan arınır. Kesilen parçalar, makineden çıktıktan hemen sonra kaynak ve boyama işlemine hazır hâlde bulunur. Dezavantajı ise azotla kesim sırasında daha yavaş kesim hızları elde edilmesi ve çok daha yüksek gaz tüketimidir. Örneğin, 15 MPa basınçta ve %99,99 saflıkta 40 litrelik bir azot tankı, 2,0 mm’lik bir uç ile 1,2 MPa basınçta kesim yapıldığında yalnızca 35 dakika dayanır. Bu durum, yüksek hacimli üretimde önemli bir etken olur.

Sıkıştırılmış Hava: Uzlaşma Seçeneği

Sıkıştırılmış hava, daha ucuz bir alternatiftir ve gerçek bir uzlaşma durumudur. Sıkıştırılmış havanın bileşimi yaklaşık %78 azot, %21 oksijen ve küçük bir oran diğer gazlardan oluşur. Bu, oksijen bileşeninden kaynaklanan bir miktar oksidasyonun nedenini açıklar; ancak bu, saf oksijene göre daha azdır. Kesim kenarları, oksijenle yapılan kesime göre daha temiz olur ancak azotla yapılan kesime göre daha temiz değildir. Sıkıştırılmış hava kullanılarak elde edilen kesim hızları daha iyidir; ancak diğer iki gazla elde edilen hızlar kadar iyi değildir.

Kalitenin büyük bir sorun olmadığı, 3 ila 4 mm kalınlığında ince malzemeleri kesmeniz gerekiyorsa sıkıştırılmış hava kullanımı, maliyetleri düşürmek için iyi bir yöntemdir. Tek devam eden maliyetler, hava kompresörünü çalıştırmak için gerekli elektrik enerjisi ve hava kompresörü filtreleme sisteminin bakım maliyetleridir.

Ancak kesme işlemlerinde sıkıştırılmış hava kullanmak büyük bir risk oluşturur. Hava, optik bileşenleri bozan ve kesim kalitesini düşüren toz, su ve yağ gibi birçok kirletici içerir. Bu tür sorunları önlemek için optik bileşenlerinizi ve kesim kalitenizi koruyacak ek ekipmanlar eklemeniz gerekir. Hava filtreleri açısından endüstri standartları, kullanılan sıkıştırılmış havanın maksimum 0,01 ppm yağ içermesi ve çiğ noktası sıcaklığının 10 °C veya daha düşük olması gerektiğini belirtir. Bu nedenle, çok aşamalı, yüksek kaliteli bir filtrasyon sistemi kullanmanız gerekmektedir; bu sistem oldukça maliyetlidir.

Titanyum ile titanyum alaşımlarının kesimi için argon gibi özel gazlar kullanılır. Argon, inert bir gaz olduğu için güvenli bir ortam sağlar. İnert gaz, işlem sırasında çoğu malzemeyle tepkimeye girmeyen bir gazdır. Titanyum kesim işlemlerinde argonun saflığı %99,99 olmalıdır. Ayrıca, daha kalın titanyum parçaları için gaz basıncı 1,2 MPa’dan yüksek olmalıdır.

Belirli kullanım amaçları için tasarlanmış özel gaz karışımları vardır; ancak çoğu atölye için oksijen, azot ve hava, işlerin büyük çoğunluğunu kapsayan gaz bileşenleridir.

Gazların Saflığı ve Kalite Standartları

Gaz saflığı yalnızca bir teknik özellik değil, aynı zamanda kesim kalitesini doğrudan etkileyen temel bir unsurdur. Azot açısından bakıldığında, içinde küçük miktarda oksijen bulunması durumunda paslanmaz çelik kenarlar renk değiştirir ve bu da azotun kullanılma amacını tamamen ortadan kaldırır. Oksijen açısından bakıldığında ise safsızlıklar ekzotermik reaksiyonun verimini düşürür; bu nedenle kesimler daha yavaş yapılır ve kenar kalitesi daha düşüktür.

Endüstride kullanılan farklı gaz türleri için yaygın gereksinimler aşağıda verilmiştir:

Filtreleme düzeyi ve hava kalitesindeki değişkenlik her ikisi de kritiktir.

Yaygın Malzemeler İçin Pratik Parametre Tabloları

Kesim kalitesi açısından sıkıştırılmış gaz türü önemli olsa da basınç ve akış hızı da önemlidir. Basınç çok düşükse erimiş malzeme uzaklaştırılamaz ve kesimin alt kenarında dross (kül) birikimi oluşur. Basınç çok yüksekse kesim bozulabilir, türbülans meydana gelebilir ve malzemeye fazladan soğuma etkisi olabilir.

Özellikle azot kesimindeki akış hızı kritik öneme sahiptir. Gaz tüketimi, litre/dakika veya metreküp/saat cinsinden kaydedilir ve bu tüketim, kullanılan nozul büyüklüğü ile basınçtan büyük ölçüde etkilenir. Örneğin, 15 MPa basınçta 40 litre hacminde bir azot tüpü, 0,6 MPa basınçta 4,0 milimetrelik bir nozul kullanıldığında yalnızca yaklaşık 13 dakika dayanırken, 1,2 MPa basınçta 2,0 milimetrelik bir nozul kullanıldığında 35 dakika dayanır. Bu nedenle, operasyonel maliyetlerinizi belirlemede nozul seçimi de oldukça önemli bir faktördür.

Odak noktasını veya makinenin optimal kesme derinliğini belirlerken dikkat edilmesi gereken birkaç faktör vardır. Kesimin tabanı, kesilen malzemenin kalınlığına bağlıdır. Daha derin bir kesim çizgisi (kerf) tabanı için ergimiş metalin daha yüksek bir hızda atılması gerekir; bu da daha yüksek bir basınç ayarlanması gerektirir. Sisteme uygulanan basınç ne kadar yüksekse sistem o kadar fazla tüketim yapar; bu nedenle iş için etkili olan minimum basıncı bulmak, maliyetleri kontrol etmenin en etkili yoludur.

Gazla İlgili Sorunlar Giderme

Yaptığınız kesim doğru değilse, ilk olarak incelemeniz gereken konu gazdır. Kesimin alt kısmında dross oluşumu genellikle yeterli basınç uygulanmamış olması ya da mevcut malzeme için uygun olmayan bir gaz kullanıldığını gösterir. İyileştirme olup olmadığını görmek için 0,5 bar aralıklarla ayarlamalar yapılmalıdır.

Azot gazı kullanıldığında paslanmaz çelik kesiminde renk değişimi gözlemlenmesi, gazın kirlenmiş kesime girmesine izin verildiğine dair bir göstergedir. Gazın saflığı, gaz hattındaki akış sızıntıları açısından kontrol edilmelidir. Ayrıca, memenin hasar görmemiş olması gerekir. Sarı veya açık mavi renklenme, gazın kirlendiğinin bir göstergesidir.

Kesim kenarlarının pürüzlülüğü, hasarlı bir meme nedeniyle oluşan türbülansı veya sisteme uygulanan basıncın çok yüksek olduğunu gösterir. Memenin açıklığının (deliğinin) çarpık veya hasarlı olup olmadığı kontrol edilmelidir. Kesim kenarları düzgün olmalıdır; bu da gaz akışının da düzgün olması gerektiğini ifade eder. Kesim metal levhanın ucuna doğru yapılıyorsa, sağlanan gazda herhangi bir tıkanıklık olup olmadığı da gaz akışı açısından kontrol edilmelidir.

Yardımcı Gazların Maliyet Yönü

Yardımcı gazlar, üretim sırasında kullanılan hacme göre satın alındıkları için başka bir işletme maliyetidir. Azot gazları en pahalı gazlardır; çünkü basınç gereken değerden yalnızca 4 bar fazla ayarlandığında azot tüketim oranları nedeniyle işletme maliyetlerinde %25 veya daha fazla bir artış yaşanabilir. Bununla birlikte oksijen, azottan daha ucuzdur ve kompresör ile filtreleme sistemi mevcutsa hava ücretsiz olarak kullanılabilir.

Ancak gaz maliyeti, toplam maliyetin yalnızca bir parçasıdır. Zaman faktörü de dikkate alınmalıdır. Oksijen destek gazı ile daha hızlı bir kesim, kalite kaybına karşılık işçilik maliyetlerinde sağlanacak tasarrufu telafi edebilir. Öte yandan azot destek gazı, daha temiz bir kesim sağlayarak kesim sonrası gerekli olabilecek aşındırma, zımparalama veya diğer bitirme işlemlerinin miktarını azaltabilir. Bu nedenle, yalnızca destek gazı tüketimine odaklanmak yerine, üretilen her parça için toplam maliyetin analiz edilmesi önerilir.

DP Laser, Doğru Kararı Vermenize Nasıl Yardımcı Olur

Her gün, müşterilerimizin lazer kesim sistemleriyle ilgili optimal konfigürasyonları belirlemelerine yardımcı oluyoruz. Sahada bulunan 20.000 sistemimiz üzerinden çeşitli malzemeler ve uygulamalar için en iyi sonuçları veren çözümleri tespit etme konusunda derin bir bilgi birikimi kazandık. Sizlere bir makine teslim ettiğimizde, bu işlemi yalnızca makineyi gönderip işi bitirmiş saymakla kalmıyoruz. Gaz ayarı konfigürasyonlarında size rehberlik etmek için pratik bir yaklaşım benimsiyoruz; ayrıca lüleler ve tüketim maddeleri gibi orijinal yedek parçalar konusunda eşsiz destek sunarak makinenizdeki akış oranlarının her zaman optimum seviyede kalmasını sağlıyoruz.

Yardımcı gazlar, kesme sürecinin kritik bir parçasıdır ve hızı, kaliteyi ve maliyeti etkiler. Kesme işlemleriniz için en uygun gazları seçebilmek amacıyla, kesilen malzemeye göre gaz bileşimi, gaz saflığı, gaz basıncı ve gaz akış hızını göz önünde bulundurmanız gerekir. Makinenizin hangi gereksinimleri karşılamasını gerektirdiğini analiz etmek için zaman ayırın ve not alarak küçük denemeler yapın. Yardıma ihtiyacınız olursa bizimle iletişime geçin. İyi bir gaz ayarı, makinenizden üretilen parçaların kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır.