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完善光纤激光切割边缘

发布时间:[2019-06-03 09:12:18]

您可以通过优化辅助气体并利用更新的喷嘴技术来改善光纤激光冲裁的切边。

作为钣金加工行业中一种新的和不熟悉的技术,光纤激光器现在被认为是一种经过验证的可靠的消隐操作方法。

使用光纤激光器进行冲裁的一个好处是可以使用氮气辅助气体获得清洁,无氧化物的边缘。没有氧化改善了下游工艺,例如粉末涂覆和焊接,因为可以实现更好的粘合性和可焊性。

您可以通过优化辅助气体和喷嘴技术来改善光纤激光消隐的切边。

氮气纯度

氮气纯度水平在边缘和部件质量中起着重要作用。了解纯度水平的要求可以帮助您实现所需的零件质量和其他最终目标,如粉末涂层附着力或可焊性。如果医疗和食品级设备等行业需要亮银色,则纯度等级需要为99.9%(见图1)。


如果您提供的市场是农具和粉末涂层附着力,每天的零件是您的主要关注领域,较低的氮气纯度水平,如98%或99%,可以达到所需的结果。了解所需的水平对于预先确定氮气发生器的尺寸非常重要,以避免事后对边缘质量或机器性能的失望。

氮消耗量增加,成本增加

无论光纤激光器是您的第一台激光冲裁机还是您已从CO2激光机转换而来,您的辅助气体消耗,尤其是氮气,都会更高。这种增加的氮消耗是由几个因素引起的。

由于光纤技术比二氧化碳激光切割机具有更高的瓦数额定值,您现在可以处理以前必须用氧气切割的材料。您的CO2激光器可能仅限于使用3/16英寸厚的氮气辅助气体或7号材料切割低碳钢。凭借光纤激光器的更高瓦数,低碳钢加工范围可扩展至3/8英寸甚至1/2英寸厚。

由于光纤激光器的处理范围更广,因此氮气消耗量也会更大。能够用氮气切割较厚的材料显然会增加氮的消耗,因为需要更高的流速。

例如,一个4千瓦的CO2激光器可以使用1,700标准立方英尺/小时(SCFH)来切割3/16英寸厚或7-ga。软钢。切割3/8英寸厚的材料将使气体消耗量增加到3,400 SCFH。

减少氮消耗,增强切边

有几种方法可以解决这种增加的氮需求:气体混合,喷嘴技术和氮气发生系统。所有这些都有助于提高边缘质量。

图1 
氮气纯度越高,光洁度越高。

气体混合。混合系统允许您在切割过程中携带规定量的氧气,从而减少消耗的氮气量。这实际上导致更好的边缘质量和许多材料中的进给速率。

确定氮气输送系统后,考虑提高边缘质量的选择是添加气体混合器。额外的设备价格便宜,占地面积小,几乎可以添加到任何光纤激光器中。

如果您曾经不得不用氮气辅助气体激光切割铝,您已经目睹了经常导致的毛刺和浮渣。通过在您的设置中添加气体混合器,您可以将少量氧气带入切割过程中,以减少或消除这些毛刺。气体混合器连接到氮气和氧气供应管线,并且可以根据应用选择不同的纯度水平。

切割低碳钢时,气体混合也有好处。这通过向切口中添加少量氧气以相同的方式完成。这将带来更好的边缘质量,更高的进料速率和更低的氮消耗。

气体混合应用通常与一些最新的喷嘴技术配合使用,使您可以在更低的气体压力和流速下进行切割。降低压力还可以降低每个零件的成本。

激光和切割头技术。不同的喷嘴技术已经发展,以减少氮消耗,甚至提高边缘质量。一些光纤激光机允许您应用光束模式更改和自动准直功能(参见图2)。光纤激光器具有光束模式,具有非常高功率的光点密度。这被称为Tem00模式,非常适合高速切割材料。

切割厚板需要更大的切口以允许更多的材料被移除。该应用的最佳模式是Tem01。选择可以自动更改这些模式的激光将帮助您在切割的所有材料范围内提高边缘质量。通过使用自动准直功能改变景深和光束直径,您可以进一步提高切割边缘质量。

氮气发电系统。这些系统降低了氮的成本并消除了天然气供应合同。通过购买您自己的氮气发生系统,您可以利用资本设备折旧,加快您的投资回报。

那么氮是如何产生的呢?它是通过将空气分离成氮气,氧气,氩气和其他气体来完成的。我们呼吸的空气中含有78%的氮气,21%的氧气,0.9%的氩气以及微量的二氧化碳和其他气体,这可能会让您感到惊讶。

你什么时候应该考虑生成氮?它总是一个很好的选择,特别是如果您正在运行多班或多个激光器,或者如果您的产品材料混合需要氮气切割条件。

图2 
使用材料的最佳光束模式可提高切割质量。

通常使用三种类型的分离系统:膜,变压吸附和液态空气的低温分馏(本体氮系统)。

1.膜系统包括中空纤维膜,其用于产生分离空气的机械过程。这是因为氮和氧分子的分子大小变化而实现的。膜聚合物的设计允许快速移动的水蒸气和氧气分子通过膜扩散并捕获氮气作为产物气体(见图3)。这些系统设计用于每平方英寸205磅(PSI)的输送,推荐用于标准材料。它们安装简单,占地面积小。这些系统通常与核心激光机一对一使用。

2.当需要比膜系统更高的输送压力和流速时,建议使用变压吸附系统。此类系统也建议用于多台机器,或者如果需要进一步扩展。变压吸附系统使用碳分子筛作为吸附氧分子并输送所需氮辅助气体的方法。该系统可以提供更高的气体压力以及更高的SCFH流速。它还可以产生更高的氮纯度水平。

3.液态空气的低温分馏是通过冷却气体直至其液化而将气体与空气分离的过程。这些是通常用于向激光器提供辅助气体的散装罐系统。它们可以提供高纯度水平但是能量密集。

在内部生成自己的氮可能会加快您的投资回报。在大多数情况下,投资回报率可在不到两年的时间内达到。在多班次的商店或使用多台机器的情况下,回报更快。在达到投资回报率后,由于取消了每月的大宗天然气运输费,设备租赁费和蒸发损失,长期储蓄将会累积。

成本抵消

评估诸如光纤激光器之类的新的大型资本投资可能是一个漫长而艰巨的经历。通常只检查进给速率或额定功率,但是当考虑其他方面时,可以最好地看到真正的成本主张。

如果您已经从CO2激光技术转变为光纤激光技术,那么您可能已经获益。也许最引人注目的是缺乏光学,这意味着清洁,对准和更换光学器件已成为过去。

此外,固态光束发电的电力消耗节省了您每小时的运营成本。

由于材料加工范围扩大到包括铜,黄铜,钛,更厚的铝和不锈钢,您可以扩大您的客户群或消除以前需要的替代切割和冲裁设备来清空这些材料。

所有这些成本优势可以抵消更高氮气消耗的更高成本。


图3 
膜聚合物允许快速移动的水蒸气和氧分子通过膜扩散并捕获氮作为产物气体。

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