لا يؤثر غاز المساعدة في سرعة القطع فقط، بل يحدد أيضاً لون الحافة وكمية الخبث ومتطلبات المعالجة اللاحقة والتكلفة الإجمالية للقطعة. يقارن هذا الدليل بين النيتروجين والأكسجين والهواء المضغوط الجاف وMixGas لأنظمة ليزر الألياف من 3 إلى 30 كيلوواط.
|
الخلاصة: لا يوجد غاز واحد هو الأفضل لكل التطبيقات. يعتمد الاختيار الصحيح على نوع المادة وتوزيع السماكات وجودة الحافة المطلوبة وقدرة الليزر والطلب الفعلي الأقصى على الغاز في المصنع. |
يوفر مصدر ليزر الألياف الحرارة، بينما يطرد غاز المساعدة المعدن المنصهر من شق القطع ويتحكم في التفاعل الكيميائي ويحدد شكل الحافة النهائية. لذلك قد تحقق آلتان بالقدرة الضوئية نفسها سرعات وجودات مختلفة عند تغير نوع الغاز أو نقاوته أو ضغطه الديناميكي.
كما يؤثر الغاز في تكاليف غير ظاهرة مباشرة. فالأكسدة والخبث وتغير اللون قد تضيف الجلخ والتحضير للطلاء ومخاطر في اللحام أو مقاومة التآكل. المقارنة الصحيحة لا تعتمد على سعر المتر المكعب فقط، بل على التكلفة الكاملة للقطعة الجاهزة.
النيتروجين غاز خامل ولا يضيف حرارة ناتجة عن تفاعل كيميائي. تقوم نفاثة عالية الضغط بطرد المصهور، ولذلك يعد الخيار الأساسي للحصول على حواف لامعة وغير مؤكسدة في الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم. ويمكن استخدامه أيضاً مع الفولاذ الكربوني عندما تكون نظافة الحافة أو سهولة الطلاء واللحام اللاحقين مهمة.
المقابل هو الحاجة إلى تدفق وضغط لحظيين مرتفعين، خصوصاً مع السماكات الكبيرة. وقد تؤدي آثار صغيرة من الأكسجين إلى تغير لون حافة الستانلس؛ لذا يجب التحكم في النقاوة ونظافة الأنابيب والضغط عند مدخل الآلة معاً.
الأكسجين غاز نشط. يضيف تفاعله الطارد للحرارة مع الفولاذ الكربوني طاقة إلى عملية القطع، ما يساعد على قطع سماكات أكبر بقدرة ليزر أقل. وغالباً ما يكون استهلاكه أقل من استهلاك النيتروجين.
لكن الحافة تحمل طبقة أكسيد قد يلزم إزالتها قبل الطلاء أو اللحام أو اللصق. كما يتطلب الأكسجين خطاً منفصلاً ونظيفاً ومتوافقاً مع O2 ومصمماً وفق ممارسات السلامة المناسبة.
يحتوي الهواء الجاف طبيعياً على النيتروجين والأكسجين، ولذلك يجمع بين السلوك الخامل والنشط. ويمكنه خفض تكلفة الغاز في الصفائح الرقيقة والمتوسطة، خصوصاً في التصنيع العام، عندما يكون قدر محدود من الأكسدة أو تغير اللون مقبولاً.
انخفاض تكلفة الهواء لا يعني استخدام هواء الورشة من دون معالجة. فالرطوبة وبخار الزيت والجسيمات قد تضر باستقرار القطع وجودة السطح والمكونات البصرية. يحتاج نظام الهواء بجودة الليزر إلى تجفيف وإزالة الزيت والجسيمات وbooster مناسب وحجم تخزين مؤقت كافٍ.
يعتمد MixGas على إضافة كمية محكومة من الأكسجين إلى النيتروجين. وفي المجال المناسب للمادة والسماكة يستفيد من مساهمة الأكسجين التفاعلية مع الحفاظ على مزايا طرد المصهور وسرعة القطع المرتبطة بالنيتروجين. ويمكن أن يحقق توازناً جيداً بين السرعة والخبث وجودة الحافة في الفولاذ الكربوني متوسط السماكة.
لا توجد نسبة واحدة تناسب جميع الحالات. يجب التحقق من الوصفة وفق قدرة الليزر ودرجة الفولاذ وحالة السطح والسماكة والفوهة والبؤرة ومعايير القبول. ويتطلب الثبات موازنة ضغوط الدخول والتحكم المتكرر في النسبة والحماية من التدفق العكسي وتحليل تركيب الغاز.
القيم التالية مجالات هندسية أولية لمناقشة التطبيقات ضمن سماكات 1-30 مم، وليست ضماناً لقدرة الآلة ولا بديلاً عن جدول الشركة المصنعة. قد تغير النتيجة عوامل مثل مصدر الليزر ورأس القطع وتشكيل الشعاع والفوهة ونوع السبيكة وحالة السطح والضغط الديناميكي ومعلمات OEM. ويعني تداخل المجالات أن السماكة نفسها قد تقطع بغازات مختلفة وفق هدف الجودة والتكلفة.
|
القدرة |
الفولاذ الكربوني |
الستانلس |
الألومنيوم |
|
3 كيلوواط |
1-4 مم N2/هواء | 4-8 مم MixGas | 6-20 مم O2 |
1-8 مم N2؛ تحقق 10-12 مم |
1-6 مم N2؛ تحقق 8 مم |
|
6 كيلوواط |
1-6 مم N2/هواء | 6-12 مم MixGas | 8-25 مم O2 |
1-16 مم N2؛ تحقق 18-20 مم |
1-12 مم N2/هواء؛ تحقق 14-16 مم |
|
12 كيلوواط |
1-12 مم N2/هواء | 6-20 مم MixGas | 12-30 مم O2 |
1-25 مم N2؛ تحقق 30 مم |
1-20 مم N2/هواء؛ تحقق 25 مم |
|
30 كيلوواط |
1-20 مم N2/هواء | 4-20 مم MixGas | 12-30 مم O2 |
1-30 مم N2 |
1-30 مم N2/هواء |
ملاحظة تقنية: يوضح الجدول مجالات اختيار أولية نموذجية. يجب التحقق من القدرة النهائية ووصفة الغاز وجودة القطع وفق بيانات الشركة المصنعة ومن خلال قطع العينات.
في الفولاذ الكربوني تتم الموازنة بين نظافة الحافة والقدرة على السماكة واقتصاد الغاز. ويكون النيتروجين عالي النقاوة عادة نقطة البداية للستانلس والألومنيوم. ويجب التحقق من سلوك الطلاء في الصاج المجلفن، ومن حماية الانعكاس الخلفي وتوافق رأس القطع في النحاس الأصفر والنحاس. أما المعادن التفاعلية مثل التيتانيوم فتحتاج إلى تقييم مستقل.
|
المادة |
الخيار الأساسي |
البديل / نقطة الانتباه |
|
الفولاذ الكربوني |
N2 أو MixGas أو O2 |
N2 لحافة نظيفة؛ MixGas للسماكات المتوسطة؛ O2 للسماكة وتدفق أقل |
|
الفولاذ المقاوم للصدأ |
N2 عالي النقاوة |
الهواء الجاف فقط عند قبول الأكسدة؛ لا يوصى بـ O2 |
|
الألومنيوم |
N2 |
هواء جاف للتصنيع العام؛ تحقق من السبيكة والسطح |
|
الفولاذ المجلفن |
N2 أو هواء جاف |
تحقق من سلوك الطلاء وإدارة الأبخرة |
|
النحاس الأصفر / النحاس |
N2 |
تحقق من حماية الانعكاس ورأس القطع وتوافق السبيكة |
قد يبدو متوسط استهلاك آلة 3 كيلوواط مقبولاً، لكن سرعة نظام 12 أو 30 كيلوواط قد تولد طلباً لحظياً أعلى بكثير على النيتروجين. يؤدي التصميم على أساس المتوسط فقط إلى هبوط الضغط وتذبذب الجودة أثناء القطع. ويجب أن يعتمد الحساب على أصعب وصفة وعدد الآلات المتزامنة ونظام الورديات وذروة الطلب.
تتكون بنية إنتاج النيتروجين في الموقع عادة من هواء مضغوط معالج ومولد PSA ومحلل غاز وbooster وخزان أو buffer ضغط عالٍ وأنابيب ذات قطر مناسب. ويضاف إلى MixGas نظام خلط دقيق، بينما يحتاج الهواء الجاف إلى التجفيف والتحكم في الزيت والجسيمات، ويحتاج الأكسجين إلى خط منفصل ونظيف.
قد يزيد الغاز الأرخص تكلفة القطعة إذا خفض السرعة أو أنتج خبثاً أو أضاف عملية جلخ قبل الطلاء. يجب أن يشمل الحساب زمن القطع والغاز والكهرباء والمواد الاستهلاكية وإعادة العمل والخردة ووقت المشغل والتوقفات.
في المصانع ذات الاستهلاك المرتفع والمستقر للنيتروجين، يمكن للإنتاج في الموقع تقليل الاعتماد على التوريد والخدمات اللوجستية. ومع ذلك يجب حساب الجدوى وفق منحنى الطلب الحقيقي والنقاوة المطلوبة وسعر الكهرباء والصيانة وخطة الاحتياط.
1. حدد مزيج المواد والدرجات المعدنية.
2. احسب الحمولة الشهرية والتوزيع الفعلي للسماكات.
3. عرّف متطلبات الحافة الظاهرة والطلاء واللحام والتآكل.
4. قارن N2 وO2 والهواء الجاف وMixGas لكل عائلة منتجات.
5. صمّم المنظومة وفق التدفق الأقصى والضغط الديناميكي والنقاوة والاحتياط.
6. نفذ قطع عينات ووثّق الوصفة المقبولة في خطة الجودة.
تتعامل Mentis Engineering مع إنتاج النيتروجين بتقنية PSA ورفع الضغط والتخزين ومعالجة الهواء الجاف وخلط الغازات والتحليل والأتمتة كنظام هندسي واحد. الهدف ليس إنتاج الغاز فقط، بل إيصال النقاوة والضغط الديناميكي والتدفق الأقصى المطلوب إلى مدخل الليزر بصورة مستقرة.
|
شارك معنا ماركة الليزر وطرازه وقدرته الضوئية ومزيج المواد والسماكات ونظام الورديات والبنية الحالية للغاز. يمكن لفريق Mentis إعداد دراسة سعة أولية وبنية حل تقنية لتطبيقك. |
