레이저 절단기용 공기 압축기 선택: 가이드

레이저 절단기용 공기 컴프레서를 선택하고 구성하는 것은 압력, 유량, 공기 품질 등 여러 요소를 고려해야 하는 복잡한 과정입니다. 다음은 저희가 내린 몇 가지 결론입니다:

압력 요구 사항: 레이저 커터는 일반적으로 10~16킬로그램의 공기압이 필요합니다. 대부분의 레이저 커터는 13~16킬로그램의 압력을 가진 스크류 타입 공기 압축기를 사용하므로 이 압력 범위 내에서 주로 요구되는 압력입니다.

유량 요구 사항: 레이저 커터가 사용하는 가스의 양은 출력과 절단 대상의 재질 및 두께에 따라 달라집니다. 예를 들어 3000와트 레이저 커터의 경우, 해당 공기 압축기의 유량 요구 사항은 유량 표를 참조하거나 레이저 커터 제조업체에 문의하여 결정할 수 있습니다.

공기 품질: 레이저 커팅의 품질과 효과를 보장하려면 압축 공기가 깨끗하고 건조하며 안정적이어야 합니다. 따라서 기본 압력 및 유량 요구 사항 외에도 3~4단계 파이프라인 필터, 냉장 건조기, 고효율 오일 제거기와 같은 압축 공기 후처리 장치의 구성에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 이러한 장치는 공기의 품질을 보장하고 습기와 오일이 레이저 커팅 헤드의 보호 미러에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있습니다.

공기 압축기 유형: 스크류형 공기 컴프레서는 보다 안정적이고 지능적이며 에너지 절약형 공기 공급을 제공하기 때문에 권장됩니다. 또한 영구 자석 가변 주파수 스크류 에어 컴프레서는 에너지 절약 기능으로 인해 권장됩니다.

전용 공기 압축기의 중요성: 레이저 커터는 다양한 재료와 복잡한 형상의 절단 요구 사항을 처리할 수 있으며, 절단 공정에는 보조 가스(산소, 질소, 압축 공기 등)가 필수적입니다. 따라서 레이저 커터에 적합한 공기 컴프레서를 선택하는 것은 절단 결과를 개선하는 데 매우 중요합니다.

결론적으로, 레이저 커터용 공기 압축기를 선택할 때는 제공되는 공기 압력, 유량 및 공기 품질을 고려해야 합니다. 나사식 공기 압축기, 특히 영구 자석 가변 주파수 나사식 공기 압축기는 안정성, 지능 및 에너지 효율성 측면에서 좋은 선택입니다. 동시에 레이저 커팅의 품질과 효과를 보장하기 위해 적절한 후처리 장치를 구성하여 공기 공급원의 청결과 건조를 보장해야 합니다.

1. 소개

레이저 커팅은 널리 사용되는 레이저 가공 기술을 전 세계적으로 사용하고 있습니다. 레이저 커팅은 1970년대에 절단 목적으로 처음 사용되기 시작했습니다. 21세기 초 3세대 레이저 기술의 부상과 인기로 인해 다음과 같은 재료 가공에 레이저 커팅이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 판금플라스틱, 유리, 세라믹, 반도체, 섬유, 목재, 종이 등입니다.

수요가 증가함에 따라 많은 레이저 기업들이 고출력 레이저를 개발하고 있습니다. 파이버 레이저 절단 기계. 이러한 기계는 처리 비용이 절감되고 결제 방법이 유연하다는 장점이 있습니다. 오늘, 판금 가공 기업, 주방 및 욕실 제조업체, 자동차 부품 가공 기업에서 레이저 절단기를 더 자주 사용하고 있으며, 특히 판금 가공 산업에서 전통적인 가공 방법을 대체하고 있습니다.

레이저 절단기는 다양한 재료의 절단 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 복잡한 모양. 절단 공정을 완료하려면 고에너지 레이저와 보조 가스가 필요합니다. 레이저 절단에 사용되는 가장 일반적인 보조 가스는 산소(O2), 질소(N2), 압축 공기입니다. 압축 공기는 산소 및 질소에 비해 구하기 쉽고 저렴하기 때문에 절단에 일반적으로 사용됩니다.

압축 공기의 품질은 다음과 같은 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 금속 레이저 절단가스 압력의 안정성과 크기는 절단 효과에 영향을 줄 수 있습니다. 레이저 절단기의 보조 가스로 사용되는 공기 압축기는 레이저 절단 헤드의 설계, 보조 가스 압력 및 노즐 크기에 따라 레이저 절단기와 가장 잘 맞도록 선택해야 합니다.

2. 레이저 커팅의 원리

레이저 절단은 고출력, 고밀도 레이저 빔을 사용하여 공작물에 초점을 맞춰 조사된 영역의 재료를 녹이거나 기화, 제거하거나 발화점에 도달하게 합니다. 그런 다음 녹은 재료는 빔과 동축을 이루는 고속 공기 흐름을 통해 제거되어 공작물을 절단할 수 있습니다. 레이저 절단은 열 절단 방식입니다.

그림 1 레이저 커팅의 원리

2.1 M레이저 절단 방법

레이저 절단은 레이저 가스화 절단, 레이저 용융 절단, 레이저 산소 보조 용융 절단 및 제어 파절 절단으로 나눌 수 있습니다.

1) 레이저 가스화 절단

고출력 밀도의 레이저 빔을 사용하여 공작물을 가열하면 온도가 빠르게 상승하여 매우 짧은 시간 내에 재료의 끓는점에 도달합니다. 그 결과 재료가 기화하여 증기를 형성하기 시작합니다. 이 증기는 빠른 속도로 배출되어 재료에 상처를 만듭니다.

재료 가스화에 필요한 열은 일반적으로 높기 때문에 레이저 가스화 절단에는 상당한 양의 전력과 전력 밀도가 필요합니다.

이 절단 방법은 주로 매우 얇은 금속 및 비금속 절단에 사용됩니다.금속 재료 종이, 천, 나무, 플라스틱, 고무와 같은 소재입니다.

그림 2 레이저 가스화 절단

레이저 가스화 절삭의 절삭 날은 버 없이 매끄럽습니다.

2) 레이저 용융 절단

레이저 용융 절단은 레이저 빔으로 금속 재료를 가열하여 녹게 한 다음 노즐을 통해 배출되는 고압 불활성 가스(예: N2, Ar, He)를 사용하여 액체 금속을 제거하고 절단을 형성하는 방식입니다.

레이저 기화 절단과 달리 레이저 용융 절단은 재료를 완전히 기화시킬 필요가 없으며 레이저 에너지의 약 10분의 1만 필요합니다. 판재 절단 시 절단 속도는 절단 시 손실되는 레이저 에너지의 양에 영향을 미칩니다.

속도가 증가하면 더 많은 빔이 재료에 도달하여 출력 밀도를 높일 수 있습니다. 두꺼운 판재를 절단할 때는 용융 제거 속도가 충분히 빨라야 레이저 빔이 절단 부위에 여러 번 반사되어 절단 공정이 중단되는 것을 방지할 수 있습니다.

그림 3 레이저 용융 절단

레이저 용융 절단으로 인해 절단면에 줄무늬 가장자리가 생깁니다.

이 방법은 주로 스테인리스 스틸과 같이 산화가 잘 일어나지 않는 재료나 활성 금속을 절단하는 데 사용됩니다, 티타늄 합금 및 알루미늄과 그 합금.

질소를 절단 보조 가스로 사용하면 품질이 향상되지만, 산소를 절단 보조 가스로 사용하는 것에 비해 비용이 증가합니다.

3) 레이저 산소 보조 용융 절단

레이저 산소 보조 용융 절단의 원리는 옥시아세틸렌 절단과 유사하며, 레이저는 예열 열원 역할을 하고 산소는 보조 절단 가스 역할을 합니다.

한편으로는 레이저로 약 1500℃까지 가열된 철과 산소가 반응하여 다량의 산화열이 지속적으로 방출되어 철 소자가 가열되고 연소됩니다.

반면에 용융된 액체 산화물과 용융된 물질은 반응 영역에서 배출되어 금속에 상처를 형성합니다.

절단 공정은 산화 반응으로 인해 상당한 양의 열을 발생시키므로 레이저 산소 절단에 필요한 에너지는 용융 절단에 필요한 에너지의 절반에 불과합니다.

또한 절단 속도는 레이저 기화 절단과 용융 절단보다 훨씬 빠릅니다. 레이저 산소 보조 용융 절단으로 생성되는 모서리의 거칠기는 레이저 기화 절단과 레이저 용융 절단의 중간 정도입니다.

이 방법은 주로 탄소강 및 쉽게 산화되는 기타 금속을 절단하는 데 사용됩니다. 스테인리스 스틸과 같은 재료를 가공하는 데에도 사용할 수 있지만 절단 부분이 검고 거칠어지며 불활성 가스로 절단하는 것보다 비용이 저렴합니다.

4) 제어된 골절 절단

레이저 제어 파절 절단은 레이저 빔 가열을 사용하여 고속으로 제어 가능한 방식으로 부서지기 쉬운 재료를 절단하는 프로세스입니다.

절단 원리는 레이저 빔으로 취성 재료의 작은 영역을 가열하여 열 구배와 심각한 기계적 변형을 일으켜 재료에 균열을 일으키는 것입니다.

이 프로세스의 절단 속도는 빠르며 소량만 필요합니다. 레이저 파워로 설정할 수 있지만 출력이 너무 높으면 공작물 표면이 녹아 절삭 날이 손상될 수 있습니다. 제어할 수 있는 주요 매개변수는 레이저 출력과 스폿 크기입니다.

2.2 C레이저 커팅의 특성

다른 절단 방법에 비해 레이저 절단은 빠른 절단 속도와 우수한 품질로 잘 알려져 있습니다. 레이저 커팅의 몇 가지 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 우수한 절단 품질: 레이저 커팅은 작은 레이저 스폿 크기, 높은 에너지 밀도, 빠른 커팅 속도로 인해 우수한 커팅 품질을 제공합니다.
• 얇고 좁은 컷: 레이저 가스 절단 은 얇고 좁은 절개를 생성하며, 절개면이 표면에 평행하고 수직이 되도록 합니다.
• 매끄럽고 아름다운 절단면: 레이저 커팅으로 생성된 절단 표면은 매끄럽고 매력적이어서 추가 가공 없이 최종 가공 단계로 사용하기에 적합합니다.
• 작은 열 영향 영역: 레이저 절단 후 열 영향 영역의 폭이 작아 절단 근처 재료의 특성을 보존합니다. 공작물 모양이 정밀하고 절단 정확도가 높습니다. 저탄소 강판을 절단 재료로 사용하여 레이저 절단과 다른 방법 간의 절단 속도 비교는 표 1에 나와 있습니다.
• 빠른 절단 속도: 예를 들어, 2500W 레이저는 1mm 두께의 냉간 압연 탄소강판을 16~19m/min의 속도로 절단할 수 있습니다.
• 비접촉 커팅: 레이저 절단 시 노즐과 공작물 사이에 접촉이 없어 공구 마모를 방지하고 절단 품질을 보존합니다.

표 1 여러 절단 방법의 절단 속도 비교

3. 다양한 보조 가스를 사용한 레이저 절단 비교

레이저 절단 시 절단 가스의 선택은 절단하는 재료에 따라 달라집니다. 절단 가스의 선택과 압력은 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다. 레이저 커팅 프로세스.

3.1. 보조 가스의 종류

레이저 절단에 일반적으로 사용되는 보조 가스는 산소(O2), 질소(N2), 압축 공기입니다. 경우에 따라 아르곤(Ar)도 사용됩니다. 절단 가스의 선택은 가스 압력에 따라 고압과 저압 가스로 나눌 수 있습니다.

3.2. 보조 가스 유형 선택

레이저 절단에서 보조 가스의 주요 기능은 다음과 같습니다:

• 연소 지원 및 열 발산
• 절단 중에 발생하는 용융 잔해물을 적시에 날려버리기
• 용융된 파편이 노즐로 반동하는 것을 방지하고 초점 렌즈를 보호합니다.

다른 레이저 절단 기술을 선택할 때 보조 가스의 선택은 다양한 절단 재료와 레이저 절단기의 출력에 따라 달라질 수 있습니다.

다음은 다양한 보조 가스의 특성, 용도 및 적용 범위에 대한 설명입니다:

1) 산소

산소(O2)는 주로 절단에 사용됩니다. 탄소강 소재. 산소와 철의 화학 반응에서 발생하는 열은 금속의 흡열 용융을 촉진하여 절단 효율을 크게 향상시키고 두꺼운 재료를 절단 할 수 있도록하여 레이저 절단기의 성능을 향상시킵니다.

그러나 산소를 사용하면 절단 가장자리에 명백한 산화막이 형성되고 주변 재료에 경화 효과가 발생하여 추가 가공에 영향을 미칠 수 있습니다. 재료의 절단면은 검은색 또는 진한 노란색을 띠게 됩니다.

탄소강판은 일반적으로 저압 산소 절단을 사용합니다. 드릴링 또는 저압 절단.

2) 질소

질소(N2)를 절단 보조 가스로 사용하면 용융 금속 주변에 보호 분위기를 형성하여 산화와 산화막 형성을 방지하여 비산화 절단을 실현할 수 있습니다.

하지만 질소는 금속과 반응하지 않기 때문에 반응열이 있는 산소보다 절단 능력이 떨어집니다. 또한 질소 절단은 산소 절단보다 몇 배 더 많은 질소를 소비하므로 비용이 더 많이 듭니다.

비산화 절단 표면은 직접 용접, 코팅 및 강력한 내식성을 가지며 절개 끝면은 흰색입니다. 질소는 일반적으로 스테인리스 스틸 절단에 사용됩니다, 아연 도금 시트알루미늄 및 알루미늄 합금 판, 황동 및 기타 재료에 저압 천공 및 고압 절단을 사용합니다.

질소 사용 시 가스 유량은 절단에 큰 영향을 미친다는 점에 유의해야 합니다. 절단 가스 압력을 보장할 때는 적절한 가스 유량을 확보해야 합니다.

3) 압축 공기

공기 압축기에서 직접 공급하기 때문에 쉽게 구할 수 있고 가격이 매우 저렴한 압축 공기는 재료 절개 색상에 대한 엄격한 요구 사항이 없을 때 가장 경제적이고 실용적인 선택입니다.

공기는 약 20%의 산소만을 포함하고 있지만 절단 효율은 산소 절단보다 낮지만 절단 능력은 질소와 비슷하며 질소 절단보다 절단 효율이 약간 높습니다. 끝면 에어 커팅 는 노란색으로 표시됩니다.

압축 공기 레이저 절단과 질소 레이저 절단의 경제성 비교

현재 시중에 나와 있는 액체 질소는 톤당 약 1400위안입니다,

액체 레이저 절단용 질소 는 일반적으로 120kg/캔인 듀어 탱크가 필요하며, 1kg의 가격은 3위안 이상입니다.

1400 위안 / 톤에 따르면 표준 상태의 질소 비중은 1.25kg / m입니다.³.

따라서 듀어 탱크에서 액체 질소의 최대 소비량은 약 120/1.25 = 96 Nm입니다.³.

Nm당 질소 비용³ 168/96 = 1.75 위안/Nm입니다.³

Baode PM15TK-16 공기 압축기를 사용하여 16bar 압축 공기를 공급하는 경우 1.27m를 공급할 수 있습니다.³ 분당.

이 유형의 공기 압축기의 최대 부하 입력 전력은 13.4kW입니다.

산업용 전기 요금이 1.0 위안 / kWh로 계산되는 경우 m당 공기 비용은 다음과 같습니다.³ 는 13.4 × 1.0 / (1.27×60) = 0.176 위안/m입니다.³.

0.5m의 실제 소비량에 따르면³ 분당 가스 및 레이저 절단기가 하루에 8 시간 작동하는 경우 질소 절단에 비해 공기 절단으로 절약되는 비용은 (1.75 - 0.176) × 8 × 60 × 0.5 = 378 위안입니다.

레이저 절단기가 1년에 300일 동안 작동하는 경우 가스 소비 비용을 절약할 수 있습니다: 378 x 300 = 113400위안,

따라서 질소 절단 대신 압축 공기를 사용하는 것은 매우 경제적이고 실용적입니다..

1년 동안 절약한 가스 비용은 고품질 통합 공기 압축기 3대를 구입할 수 있는 금액입니다.

4) 아르곤

아르곤은 산화를 방지할 수 있는 불활성 기체이며 질화 레이저 절단 시 사용할 수 있으며 용액 용접에도 사용할 수 있습니다. 그러나 아르곤의 가격은 질소보다 비싸기 때문에 일반적인 레이저 절단에 아르곤을 사용하는 것은 비용 효율적이지 않습니다.

아르곤 절단은 주로 티타늄 및 티타늄 합금 절단에 사용되며 절단 후 절개 끝면이 흰색입니다.

4. 레이저 절단 품질에 영향을 미치는 요인

4.1. 레이저 절단 품질 평가 요소

레이저 커팅의 가장자리 품질을 평가하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 버, 함몰 및 결의 존재 여부와 같은 시각적 요소는 도구를 사용하지 않고도 관찰할 수 있습니다. 그러나 다음과 같은 보다 기술적인 요소의 경우 수직도, 거칠기 및 절개 폭을 측정하려면 특수 도구가 필요합니다.

또한 재료 침착, 부식, 열 영향 영역, 변형과 같은 다른 요인도 레이저 커팅 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 절단 품질 저하로 이어질 수 있는 일반적인 문제로는 과다 연소 및 슬래그 축적이 있습니다.

레이저 출력, 펄스 주파수, 절단 속도, 초점, 편광 방향, 노즐 크기, 보조 가스 압력 및 유량과 같은 레이저 절단기의 성능은 모두 레이저 절단 품질 평가에 영향을 미칩니다.

그림 4 레이저 절단 품질 평가의 주요 요소

1) 오버버닝은 레이저 출력이 너무 높거나 절단 구멍 또는 속도가 너무 느려서 고압 기류에 의해 공작물의 용융 열이 효율적으로 전달되지 않을 때 발생합니다. 이 문제에 대한 해결책은 레이저 출력을 낮추고 가스 유량을 늘리는 것입니다.

그림 5 오버버닝

2) 부착 슬래그를 버라고도 합니다.

레이저 출력 또는 보조 가스 압력이 부족하거나 절단 속도가 지나치게 빠르면 보조 가스가 절단 과정에서 생성된 녹거나 기화된 재료를 효과적으로 제거하지 못해 절단 표면의 하단 가장자리에 슬래그가 달라붙게 됩니다.

그림 6 슬래그 부착

4.2. 레이저 절단 품질 평가 요소

의 위치는 레이저 빔 초점 는 커팅 품질에 큰 영향을 미칩니다. 다른 재료를 절단할 때는 초점 위치를 다르게 조정해야 합니다.

때로는 커팅 버 는 보조 가스 압력이 부적절하기 때문이 아니라 초점이 너무 높기 때문입니다. 빔 초점 위치가 절단 품질에 미치는 영향은 그림 7에 나와 있습니다.

그림 7 빔 초점이 절단 효과에 미치는 영향(탄소강: 15mm, 스테인리스강: 8mm)

4.3. 절단 속도가 절단 품질에 미치는 영향

1) 절단 속도가 너무 빠릅니다.

• 스플래시 불꽃으로 인해 절단이 불가능할 수 있습니다;
• 일부 영역은 잘라낼 수 있고 일부 영역은 잘라낼 수 없습니다;
• 전체 절단 부분이 거칠습니다;
• 대각선 절단 패턴이 형성되고 플레이트 하부에 슬래그가 생성됩니다(그림 8).

그림 8 너무 빠른 커팅 속도의 영향

2) 절단 속도가 너무 느립니다.

• 그 결과 커팅 플레이트 가 과도하게 녹아 절단 부분이 거칠어졌습니다;
• 절단 이음새가 넓어지면 작은 필렛이나 날카로운 모서리에서 전체 영역이 녹아 오버버닝이 발생합니다;
• 절단 효율이 감소합니다.

4.4. 노즐이 레이저 절단 품질에 미치는 영향

레이저 빔의 중심을 기준으로 한 노즐의 중심 위치는 절단 품질에 영향을 미칩니다. 중심이 잘못 정렬되면 노즐의 고속 공기 흐름으로 인해 용융된 재료가 한쪽에 쌓여 슬래그가 발생하고 절단이 어려워질 수 있습니다.

적절한 노즐 크기를 선택하는 것이 중요합니다.

두꺼운 판재를 절단할 때는 레이저 빔의 큰 직경을 수용하기 위해 큰 노즐이 필요합니다. 그러나 큰 노즐에는 단점도 있습니다. 공기 흐름 속도가 느리고 용융된 재료를 분사하는 능력이 약해지면 절단 부위에 버가 형성될 수 있습니다.

또한 노즐의 크기가 크면 레이저 절단 시 발생하는 슬래그와 연기가 노즐에 튀어 보호 렌즈가 손상될 수 있습니다. 고출력 레이저 기계의 경우 반사된 레이저 빔이 레이저 헤드를 태울 수도 있습니다.

4.5. 압축 공기 품질이 레이저 절단 품질에 미치는 영향

압축 공기의 품질은 레이저 커팅 결과에 큰 영향을 미칩니다.

압축 공기에는 종종 물안개와 오일이 포함되어 있어 청소하지 않으면 레이저 커팅 헤드의 보호 미러를 통해 레이저 빔이 투과하는 데 심각한 영향을 미쳐 초점을 잃고 불완전한 절단이 발생하고 폐기물이 발생할 수 있습니다.

초고출력 레이저 절단기의 경우 거울이나 노즐 표면에 아주 적은 양의 유막이나 물안개만 있어도 레이저 헤드를 태울 수 있는 고에너지 레이저 방출이 발생할 수 있습니다.

초고출력 레이저 커팅기(12,000W 이상)의 레이저 헤드 가격은 20,000달러가 넘습니다.

그러나 많은 공기 압축기 공급업체는 압축 공기에서 오일과 습기를 효과적으로 제거하지 못합니다.

따라서 대부분의 초고출력 레이저 절단기 사용자들은 잠재적인 위험성 때문에 압축 공기를 보조 가스로 사용하는 것을 꺼려합니다.

그림 9와 10은 각각 오염되지 않은 렌즈와 오염된 렌즈의 차이를 보여줍니다.

그림 9 오염되지 않은 렌즈

그림 10 오염된 렌즈

5. 금속 레이저 절단의 두께와 효율성에 영향을 미치는 요인

레이저 절단기용 공기 컴프레서를 선택할 때는 레이저 출력, 보조 가스 유형, 압력, 유량 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

이는 이러한 요소가 금속 레이저 절단 두께와 효율성에 큰 영향을 미친다는 것을 입증하는 수많은 사례의 결과를 기반으로 합니다.

칭화대학교에서 실시한 레이저 절단 연구의 실험 4에 따르면 레이저 출력과 보조 가스 압력이 레이저 절단 능력에 미치는 영향은 그림 9에 나와 있습니다. 절단 속도는 3m/min, 스폿 직경은 0.16mm, 노즐 모양은 원추형, 노즐 바닥 직경은 1.5mm, 노즐과 공작물 사이의 거리는 1mm였습니다.

그림 11 레이저 출력 및 보조 가스 압력이 레이저 절단 능력에 미치는 영향

그림 11 (a)에서 볼 수 있듯이 2mm 두께의 저탄소 소재의 경우 강판레이저 출력이 860W 미만이면 보조 가스 질소의 압력을 아무리 높여도 공작물을 절단할 수 없습니다. 이는 레이저가 제공하는 에너지가 공작물을 관통하기에 충분하지 않기 때문입니다.

반면에 레이저 출력이 공작물을 관통하기에 적절한 경우 레이저 출력이 높을수록 필요한 보조 가스 압력이 낮아집니다.

그림 11 (b)에서 산소를 사용하여 동일한 두께의 저탄소 강판을 절단 할 때 레이저 에너지와 보조 가스 압력이 절단 능력에 미치는 영향은 질소 절단과 비슷하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 절단에 필요한 레이저 출력과 보조 가스 압력은 크게 감소합니다.

이는 절단 과정에서 산소가 철과 반응하여 레이저 출력의 약 4배를 방출하기 때문입니다. 이 때문에 일반적인 중출력 레이저 절단기는 2mm 이상의 저탄소 강판을 절단할 때 산소 절단을 선호하는 경향이 있습니다.

압축 공기로 탄소강판을 절단할 때 공기 중에는 약 20%의 산소가 존재합니다. 이 산소의 일부는 절단 과정에서 철 성분과 반응하여 열을 방출하므로 압축 공기로 탄소강판을 절단하는 효율이 질소를 사용하는 것보다 약간 더 높습니다.

또한 레이저 커팅기의 절단 능력은 레이저와 기술의 차이로 인해 제조사마다 차이가 있으며, 이 게시물에서는 비교를 위해 몇몇 대표적인 제조사의 공개 데이터를 참고했습니다.

표 2 한의 레이저 절단기의 최대 절단 두께, mm

사용 IPG 파이버 레이저

표 3 HG 레이저 절단기의 최대 절단 두께, mm

마블 시리즈 파이버 레이저

표 4 최대 절단 두께 바이스트로닉 레이저 절단기, mm

레이저 비용의 감소로 인해 레이저 절단기의 전체 비용이 크게 감소했습니다. 현재 대부분의 금속 가공 사용자는 3000-4000W 출력의 레이저 절단기를 구매합니다.

그러나 소수의 금속 가공 사용자는 금속 소재 시장에서는 주로 12000~15000W 출력의 초고출력 레이저 절단기를 선택합니다.

따라서 레이저 절단은 일반적으로 두께가 22-25mm 미만인 저탄소 강판과 두께가 10-16mm 미만인 스테인리스 강판, 알루미늄 합금 판 및 구리 합금 판에 사용할 수 있습니다.

그중에서도,

• 두께가 2~2.5mm 미만인 저탄소 강판은 고압 압축 공기로 절단해야 합니다;
• 2-2.5mm 두께의 저탄소 강판은 산소로 절단해야 합니다;
• 스테인리스 강판, 아연 도금 시트, 알루미늄 합금 플레이트 구리 합금판은 질소 또는 고압 압축 공기로 절단해야 합니다.

6. 공기 압축기 선택

6.1. 공기 컴프레서 압력 및 배기량 선택

이전 논의에 따르면 공기 압축기가 장착된 레이저 절단기로 절단할 수 있는 판재의 두께는 주로 레이저 출력에 따라 달라지며 압축 공기의 압력에 크게 영향을 받지 않습니다.

레이저 출력이 충분하면 압축 공기의 압력은 절단 능력에 영향을 미치지 않습니다. 반대로 레이저 출력이 충분히 강하지 않은 경우 압축 공기의 압력을 높여도 절단 성능이 향상되지 않습니다.

그러나 레이저 출력이 충분하다면 압축 공기 압력이 높을수록 레이저 절단 품질이 향상되고 절단 효율이 높아집니다. 레이저 절단기 출력의 발전은 시간이 지남에 따라 소형에서 중형, 고출력, 심지어 초강력까지 발전해 왔습니다.

레이저 절단기를 지원하는 공기 컴프레서의 압력 요구 사항은 시간이 지남에 따라 발전하여 8bar에서 시작하여 2년 전 13bar로 증가했고, 현재는 16bar이며 향후 20~30bar에 도달할 계획입니다.

압축 공기는 건조 및 정제 후 레이저 절단기의 보조 가스로 사용되는 절단 가스, 실린더 전원, 광학 경로 양압 먼지 제거 가스의 세 가지 채널로 나뉘어 적절한 작동을 보장합니다.

절단 가스는 전체 압축 공기 소비량 중 약 80-90%를 차지합니다. 압축 공기를 보조 가스로 사용하지 않고 질소나 산소를 사용하는 기계도 실린더 동력원에 6~7bar의 대기압 공기를 공급하기 위해 소형 공기 압축기가 필요합니다.

압축 공기를 보조 가스로 사용하는 레이저 절단기에 필요한 공기 압축기의 양을 결정하려면 노즐을 통과하는 압축 공기 흐름을 계산해야 합니다.

노즐 전후의 공기 절대 압력은 각각 P와 P0로 표시됩니다. 노즐 이론에 따르면 P0/P가 0.528 이하일 때 표준 상태에서 노즐을 통과하는 압축 공기의 유량을 계산할 수 있습니다.

Where,

• Q - 공기 흐름, L/min
• S - 노즐의 유효 면적, m²

• μ - 유량 계수, μ < 1, 일반적으로 0.92-0.94로 간주됨.
• A - 노즐 영역
• D - 노즐 직경, m
• p - 노즐 앞의 절대 압력, Pa
• T - 노즐 앞 가스의 정체 온도, K
• p - 노즐 앞의 절대 압력, Pa
• T - 노즐 앞 가스의 정체 온도, K

공기 압축기 배출량을 계산할 때는 레이저 절단기의 자유 이동 시간을 고려해야 하며, 실제 작업 시간은 50-70% 사이입니다. 실제 필요한 변위인 QN은 다음과 같이 계산할 수 있습니다:

레이저 절단기의 출력에 따라 일반적인 7가지 노즐 사양은 다음과 같습니다: 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0mm.

그림 12는 절단 압력이 다른 노즐의 보조 가스 유량을 보여줍니다.

그림 12 절단 압력이 다른 노즐의 보조 가스 유량, m³/분

예 1:

사용자의 레이저 절단기는 2.0mm 노즐을 사용하며 절단 압력은 1.6MPa 절대 압력에 도달할 것으로 예상됩니다.

공기 압축기는 어떻게 장착해야 하나요?

답변:

그림 12에서와 같이 0.491m의 압축 공기 흐름은³/분은 2.0mm 노즐이 1.6Mpa의 절대 압력을 유지하는 데 필요합니다;

실제 가스 배출 시간이 70%이고 컴프레서의 공기 변위 중 90%가 보조 절단 계산에 사용되는 경우 필요한 가스 부피는 다음과 같습니다: 0.491 * 0.7/0.9 = 0.382 m³/분, 두 개의 컴프레서 중 하나는 0.764m 이상입니다.³/분.

Baode11TK/16 컴프레서의 공칭 토출 용량은 0.97m입니다.³/분, 2.0mm 노즐이 장착된 레이저 커팅기 2대(1대 구동 2대) 또는 2.5mm 노즐이 장착된 레이저 커팅기 2대를 장착할 수 있습니다.

예 2:

Baode15TK/16 레이저 절단 통합 공기 압축기에 레이저 절단기를 어떻게 장착 할 수 있습니까?

답변:

Baode15TK/16 압축기의 공칭 토출 용량은 1.27m입니다.³/분으로 변환할 수 있습니다: 1.27 * 0.9/0.7 = 1.633 m³/분

그림 12에 따르면 레이저 절단용 Baode15TK/16 통합 공기 압축기 한 대에는 3.5mm 노즐이 장착된 레이저 절단기 1대 또는 2.5mm 노즐이 장착된 레이저 절단기 2대(1대 구동 2대)를 장착할 수 있습니다.

6.2. 공기 컴프레서 유형 및 시스템 선택

압축 공기의 품질은 레이저 커팅의 품질에 직접적인 영향을 미치며, 레이저 커팅기는 일반적으로 지속적으로 작동하기 때문에 공기 압축기는 일반적으로 레이저 커팅기 가까이에 위치합니다.

따라서 공기 압축기에는 압축 공기에서 최대한 많은 수분을 제거할 수 있는 효과적인 건조기와 오일 및 먼지 입자를 완벽하게 걸러낼 수 있는 고정밀 필터 그룹이 장착되어 있어야 합니다.

후처리가 완료되면 압축 공기의 압력 이슬점은 2~5°C에 도달하고 잔류 오일 함량은 0.001ppm 미만, 입자 함량은 0.01μM 미만이 됩니다.

공기가 건조된 후에는 온도가 정상에 가까운 수준으로 회복되어 결로 재발을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

이러한 고품질 압축 공기는 레이저 절단기의 장기간 안정적인 작동을 유지할 수 있으며 보호 렌즈를 자주 청소할 필요가 없습니다.

피스톤 공기 압축기는 고압을 생성할 수 있지만 소음이 크고 취약한 부품이 많으며 배기 오일을 제대로 처리하지 못하는 것으로 알려져 있습니다.

따라서 1.6Mpa 미만의 압력에는 피스톤 공기 압축기를 사용하지 않는 것이 좋습니다.

일반적으로 1.6Mpa 미만의 압력에는 적절한 저온 드라이어와 정밀 필터가 장착된 스크류형 공기 압축기를 선택하는 것이 좋습니다.

컴프레서에는 공기 공급 압력의 안정성을 유지하고 최적의 절단 결과를 보장하는 영구 자석 가변 주파수 모터가 장착되어 있어야 합니다.

대부분의 사용자는 공기 컴프레서 및 압축 공기 정화 처리에 대한 지식이 부족합니다. 사용자가 공기 압축기, 공기 저장 탱크, 저온 건조기, 필터를 개별적으로 구매하여 직접 설치하려고 하면 시간도 많이 걸리고 필요한 압축 공기 품질 기준을 충족하지 못하는 시스템이 될 수 있습니다.

일체형 공기 컴프레서는 컴프레서, 공기 저장 탱크, 수분 분리기, 냉동기, 필터를 하나의 장치로 결합하여 사용자가 가스 탱크, 냉동기, 필터를 따로 준비할 필요가 없을 뿐만 아니라 현장 설치 및 연결의 번거로움과 서비스를 위해 여러 공급업체와 거래해야 하는 불편함을 없애줍니다.

지속적이고 안정적이며 깨끗한 압축 공기를 공급하므로 고출력 레이저 절단기를 지원하는 데 이상적인 옵션입니다.

그림 13 레이저 절단기용 통합 공기 압축기

현재 1.6Mpa 이상의 압축 공기가 필요한 레이저 절단기는 주로 피스톤 컴프레서를 사용하지만, 신뢰성과 품질 측면에서 한계가 있어 발전이 더디게 이루어지고 있습니다.

고출력 레이저 절단기의 사용이 보편화되면서 두꺼운 판재 절단에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

정격 토출 압력이 2.0Mpa 이상인 소량 유량의 고압 스크류 공기 압축기를 개발해야 합니다.

7. 주의가 필요한 문제

7.1 Over–구매 비용 고려

레이저 커팅용 공기 압축기를 구매할 때 구매 비용만 고려하면 결국 기준 이하의 제품을 구매하는 결과를 초래할 수 있습니다.

공급업체도 수익을 창출해야 하는데, 고품질의 압축 공기 압축기 시스템을 시장에서 가장 낮은 가격에 판매한다면 수익이 발생하지 않을 것입니다.

비즈니스와 이익을 위해 더 저렴하고 품질이 떨어지는 부품을 사용하여 품질을 타협할 수 있습니다.

예를 들어, 경쟁하고 수익을 높이기 위해 공칭 처리 유량이 1m인 일부 냉각식 드라이어는³/분은 현재 시중에 나와 있지만 공칭 압력 이슬점 온도인 2~8℃에 도달하지 못하고 실제 압력 이슬점은 12~16℃ 이상입니다.

레이저 절단기에 이러한 냉각 드라이어를 사용하면 보호 렌즈를 하루에 여러 번 청소해야 하며 레이저 절단 품질에 영향을 미칩니다.

마찬가지로 오일 및 가스 분리 코어와 그 부가가치를 높이는 정밀 필터도 저렴하지 않습니다.

7.2 탐욕스러운 심리

레이저 절단용 공기 컴프레서를 선택할 때 사용자는 실제 필요한 것보다 더 큰 배기량의 컴프레서를 선택하려는 경향이 있으며, 영업 담당자도 더 큰 컴프레서를 판매하려고 할 수 있습니다.

그러나 변위가 실제 수요보다 훨씬 큰 경우 주파수 변환 조절을 사용하더라도 컴프레서가 여전히 낮은 주파수에서 작동하고 과도한 양의 공기를 공급하여 기계가 절전 모드로 전환될 수 있습니다.

안정적인 공기압을 유지하기 위해 압축기는 공기가 필요하면 다시 작동을 시작해야 하므로 "시작-가동-절전-가동-절전" 사이클이 자주 발생하여 압축기의 수명이 단축되고 배기 가스의 오일 함량이 증가할 수 있습니다.

압축기가 너무 큰 경우 컨트롤러 매개변수를 수정하여 무부하 지연을 10초에서 180초로 늘리는 등 자동 시작 및 중지 빈도를 줄여야 할 수 있습니다.

7.3 좋은 운영 습관

저온 건조기보다 먼저 공기 압축기를 가동하면 배기 공기가 장시간 동안 필요한 압력 노점에 도달하지 못할 수 있습니다. 이 상태에서 레이저 커팅기를 작동하면 압축 공기의 수분이 레이저 커팅 헤드의 보호 렌즈에 응축될 위험이 있습니다.

올바른 작동 절차는 냉매 온도가 약 5°C로 떨어지면 냉동기부터 시동한 다음 공기 압축기를 시동하는 것입니다.

7.4 작동 온도 설정

배기 압력이 7~8bar인 일반 공기 압축기는 정상 조건에서 90°C 이하의 온도에서 작동합니다. 제조업체는 일반적으로 78~85°C 사이의 배기 온도를 설정합니다.

그러나 배기 압력이 1.6MPa 이상인 공기 컴프레서의 경우 레이저 절단기에 사용할 때 이렇게 낮은 배기 온도를 유지하는 것은 문제가 될 수 있습니다.

여름철에는 고압 공기 압축기가 약 80°C의 배기 온도에서 작동하기 때문에 물이 윤활유를 분리하고 유화하기 쉬워 배기 가스의 오일 함량이 급격히 증가합니다.

절단 성능이 저하되거나 초점 렌즈가 손상될 수 있습니다. 배기 온도는 그림 14와 같이 장소와 계절에 따라 설정해야 합니다.

그림 14 포화 기압 이슬점

7.5 매일 유지 관리에 주의하세요

1) 매일 작업을 시작하기 전에 공기 탱크에서 응축수를 배출하고 응축수에 기름 얼룩이 있는지 확인해야 합니다.

2) 유증기 분리기에서 압축기의 주 엔진으로 가는 오일 회수관의 오일 회수 상태를 투시창(그림 15)을 통해 모니터링하여 배기가스 내 오일 함량이 높은지 또는 낮은지, 그리고 윤활유 또는 오일 분리 코어를 교체해야 합니다.

a. 소량의 윤활유를 운반하는 고속 공기 흐름이 투시창을 통해 보이는데 이는 정상으로 간주됩니다;

b. 투시창이 윤활유로 채워져 있고 천천히 움직이면 파이프라인이 막혔음을 나타내므로 청소해야 합니다;

c. 상당한 양의 윤활유를 운반하는 고속 공기 흐름이 투시창을 통해 보이는 경우 - 이는 오일 분리 효과가 좋지 않아 배기가스 내 오일 함량이 높다는 것을 의미하며, 즉각적인 주의가 필요합니다.

그림 15 오일 리턴 투시창

3) 제조업체에서 지정한 시간 내에 정밀 필터의 필터 요소를 교체하세요.

4) 공기 필터 요소, 오일 분리기, 오일 필터 및 윤활유를 제조업체에서 지정한 시간 내에 교체하세요.

결론: 압축 공기는 레이저 절단기의 보조 가스로 널리 사용됩니다. 탄소강판 절단에 산소 대신 사용할 수 있으며 다음과 같은 용도로 질소를 사용할 수 있습니다. 스테인리스 스틸 절단, 아연 도금 시트, 알루미늄 합금 및 구리 합금을 절단할 수 있습니다. 공기 압축기를 올바르게 선택하고 사용하면 레이저 절단 품질을 보장할 뿐만 아니라 절단 효율이 우수하고 비용도 크게 절감할 수 있습니다.

레이저 커팅기에 스크류 타입 공기 압축기를 사용할 때의 구체적인 장점과 단점은 무엇인가요?

레이저 절단기의 보조 장치로 스크류형 공기 압축기를 사용하면 다음과 같은 구체적인 장단점이 있습니다:

장점:

• 안정적인 공기압 출력: 스크류 타입 공기 압축기는 레이저 절단 과정에서 절단 부위를 분사하고 냉각하는 데 중요한 고압 가스를 안정적으로 공급하여 최상의 절단 효과를 얻을 수 있습니다.
• 효율적인 작동: 전용 스크류형 공기 압축기는 고품질 압축 공기를 직접 출력할 수 있어 레이저 커팅기의 효율적인 작동을 보장합니다.
• 에너지 절약 및 소비량 감소: 가변 주파수 제어 냉각 팬을 사용하면 소음을 줄이면서 에너지를 절약할 수 있습니다.

단점:

• 출력 압력 제한: 스크류형 공기 압축기는 견고하고 내구성이 뛰어나며 유지 관리가 쉽지만 출력 압력이 다소 제한되어 레이저 커팅의 품질과 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 비용 문제: 초기 투자 비용이 상대적으로 높지만 안정성과 에너지 절약 특성을 고려하면 장기적으로는 운영 비용이 감소할 수 있습니다. 그러나 초기 예산이 제한된 일부 소규모 기업이나 비즈니스의 경우 초기 투자 비용이 높다는 점이 고려 요소가 될 수 있습니다.

레이저 절단기에 사용되는 공기 압축기의 후처리 장치(파이프라인 필터, 냉장 건조기 등)의 작동 원리는 무엇이며 레이저 절단 품질에 미치는 영향은 무엇입니까?

레이저 절단기에 사용되는 공기 압축기의 후처리 장치에는 주로 파이프 라인 필터와 냉장 건조기가 포함됩니다. 이러한 장치의 작동 원리와 레이저 절단 품질에 미치는 영향은 다음과 같습니다:

파이프라인 필터:

주요 기능은 압축 공기에서 먼지, 불순물 및 기타 오염 물질을 제거하는 것입니다. 레이저 커팅 공정에서 압축 공기는 보호 가스, 전원 및 먼지 분사의 중요한 공급원 역할을 합니다. 압축 공기에 다량의 유막이나 먼지가 포함되어 있으면 레이저 커팅의 품질과 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 냉장 건조기로 유입되는 공기를 3~25μm의 일반적인 정밀 범위로 깨끗하게 유지하려면 물 및 오일 미스트 필터를 설치하는 것이 필수적입니다.

냉장 건조기:

냉장식 드라이어는 100년 이상 된 기술을 사용하여 압축 공기의 온도를 낮춰 수분을 제거함으로써 압축 공기의 건조도를 개선합니다. 이 기술은 압축 공기의 수분 함량을 효과적으로 줄일 수 있지만 지리적 위치에 따라 그 효과가 달라질 수 있으므로 실제 조건에 따라 적절한 드라이어 유형(예: 흡착식 드라이어 또는 냉장 드라이어)을 선택해야 합니다. 압축 공기의 수분으로 인해 레이저가 확산되어 절단 능력과 효율성에 영향을 미칠 수 있으므로 레이저 절단 품질에는 냉장 드라이어를 선택하는 것이 중요합니다.