Maximizar a eficiência: Ar como gás auxiliar no corte a laser

O corte a laser é uma tecnologia que tem sido amplamente adoptada em várias indústrias desde a sua criação na década de 1960. A utilização de lasers no corte revolucionou o processo de produção e tornou possível cortar materiais com grande precisão e eficiência.

No entanto, com a crescente popularidade do corte a laser, a concorrência de preços entre empresas tornou-se mais intensa, levando a uma diminuição da rendibilidade do equipamento de corte a laser.

A fim de reduzir o custo de corte a laser é necessário que as empresas se concentrem na melhoria dos seus processos de produção e no aumento da eficiência.

Uma forma eficaz de o fazer é utilizar o ar como gás auxiliar no processo de corte a laser. A utilização do ar como gás auxiliar pode reduzir o custo do corte, reduzindo o consumo de gases dispendiosos como o azoto ou o oxigénio.

Além disso, o ar está facilmente disponível e não requer qualquer armazenamento ou manuseamento especial, o que o torna uma alternativa económica.

Em conclusão, a utilização do ar como gás auxiliar no corte a laser pode ajudar as empresas a reduzir os seus custos de corte, a melhorar a eficiência e a aumentar a sua competitividade no mercado.

Esta estratégia pode ser implementada como parte de um esforço mais amplo para transformar e atualizar o processo de produção e para se concentrar em actividades de maior valor acrescentado, como a melhoria dos processos, a melhoria da eficiência e o investimento em I&D.

A influência de diferentes gases auxiliares na qualidade do corte

Primeiro, vamos examinar o processo de corte por laser:

O laser gerado pelo gerador de laser é focado através de uma lente e converge para formar um ponto de luz pequeno e intenso. A distância entre a lente e a placa é cuidadosamente controlada para garantir a estabilidade do ponto de laser na direção da espessura do material.

Neste ponto, a lente foca a luz num ponto com uma elevada densidade de potência, normalmente atingindo 106-109W/cm2. O material absorve a energia do ponto de luz, fazendo-o derreter instantaneamente, e o material derretido é então removido por um fluxo de gás auxiliar, completando o processo de corte.

Ao longo de todo o processo de corte, o gás auxiliar tem dois objectivos principais: fornecer a força necessária para o corte e remover o material fundido da peça de trabalho.

Neste processo, os diferentes tipos de gases têm efeitos diferentes nos materiais e nas secções:

(1) Oxigénio

Quando o oxigénio é utilizado como gás auxiliar, não só remove o metal fundido como também desencadeia uma reação de oxidação que melhora a fusão do metal, permitindo o processamento de materiais mais espessos. Isto melhora significativamente o poder de processamento do laser.

No entanto, a presença de oxigénio também conduz a uma oxidação significativa na superfície de corte do material. Além disso, o oxigénio tem um efeito de arrefecimento no material que envolve a superfície de corte, o que melhora a sua dureza e tem impactos positivos no processamento subsequente.

(2) Azoto

Como gás auxiliar, o azoto cria uma atmosfera protetora em torno do metal fundido, evitando a oxidação e preservando a qualidade da superfície de corte. No entanto, o azoto não tem uma capacidade de oxidação para melhorar a transferência de calor como o oxigénio, pelo que não melhora a capacidade de corte.

Além disso, a utilização de azoto como gás auxiliar leva a um consumo elevado, resultando em custos de corte mais elevados em comparação com outros gases.

(3) Ar

O ar, que é composto por 78% de azoto e 21% de oxigénio, pode ser utilizado como gás auxiliar no corte a laser. No entanto, a presença de oxigénio no ar resultará em oxidação na secção de corte, mas a grande quantidade de azoto no ar evitará a oxidação excessiva e aumentará a transferência de calor.

Por conseguinte, o efeito do corte com ar é intermédio entre o corte com azoto e o corte com oxigénio. A vantagem do corte com ar é o seu baixo custo, que se deve principalmente ao consumo de energia do compressor de ar e ao custo dos elementos filtrantes na conduta de ar.

O efeito de diferentes gases auxiliares no custo de corte

A figura 1 ilustra o efeito da secção de corte de 1.5 mm de espessura Aço inoxidável 304 utilizando azoto e ar como gás auxiliar. Como se pode ver na figura, quando se utiliza azoto como gás auxiliar, a secção é brilhante e luminosa, enquanto que quando se utiliza ar, a secção é amarela pálida.

Uma comparação dos custos de corte do ar e do azoto como gases auxiliares para aço inoxidável 304 com 1,5 mm de espessura é apresentada no Quadro 1. A comparação utiliza a última geração de máquinas de corte por laser de fibra equipados com geradores de laser de fibra desenvolvidos pela própria empresa.

A análise de custos revela que a utilização de ar como gás auxiliar resulta numa diminuição de 23,7% nos custos de corte por hora, em comparação com a utilização de azoto. Esta redução nos custos de corte pode ter um impacto significativo na redução dos custos globais de processamento da fábrica.

Além disso, o consumo de energia do compressor de ar é analisado da seguinte forma:

Muitas empresas utilizam atualmente compressores de ar de parafuso não variáveis. A utilização de um compressor de ar de parafuso com frequência magnética permanente pode resultar numa poupança de até 50% de eletricidade só para o compressor de ar.

Quando o ar é utilizado como gás auxiliar, o custo de corte é 36,2% inferior ao da utilização de azoto.

Quadro 1 Comparação dos custos de corte

Nota:

(1) A análise de custos acima mencionada foi calculada com os seguintes pressupostos:

• O rácio de funcionamento da máquina-ferramenta foi assumido como sendo 70%.
• A carga eléctrica foi considerada como sendo de 1 yuan/KW.
• O custo do azoto foi calculado com base no preço do azoto líquido a 1,5 yuan/kg.

(2) O consumo de energia do compressor de ar ao cortar com ar foi calculado para um compressor de ar de parafuso não variável com uma capacidade de 17,5 kW, uma pressão de 1,26 MPa e um caudal de 2,3 m³/min.

(3) Quando o azoto é utilizado como gás auxiliar para o corte, o compressor de ar continua a ter de fornecer gás à máquina, o que resulta em custos de eletricidade.

(a) A secção de corte quando o azoto é o gás auxiliar

(b) A secção de corte quando o ar é o gás auxiliar

(c) Comparação da secção de duas partes (azoto à esquerda e ar à direita)

Fig.1 Efeito da secção de corte quando se utiliza azoto e ar como gás auxiliar

Gama de aplicações quando se utiliza ar como gás auxiliar

(1) Chapa de aço-carbono /Chapa de aço Q235

Quando a espessura da placa excede 1,5 mm, será gerada uma certa quantidade de rebarbas na secção de corte. No entanto, as rebarbas não são suficientemente afiadas para riscar o papel.

A espessura máxima que pode ser cortada com ar como gás auxiliar varia consoante a potência e a tipo de laser gerador.

(2) Chapa de aço inoxidável / chapa de aço USS304

A secção de corte produz uma camada de óxido amarelo.

(3) Placa de alumínio / placa A1050 & Placa de liga de alumínio Placa /A5052

O rebarba de corte será reduzido em comparação com a utilização de azoto como gás auxiliar.

A tabela 2 apresenta a gama de corte quando o ar é utilizado como gás auxiliar para as máquinas de corte a laser de dióxido de carbono e corte por laser de fibra máquinas.

Tabela 2 A espessura máxima da placa é cortada quando o ar é utilizado como gás auxiliar

O efeito do ar como gás auxiliar no corte

(1) Para chapa de aço-carbono

Quando o ar é utilizado como gás auxiliar durante o corte, as secções cortadas produzem rebarbas mais pequenas, mas estas rebarbas não são afiadas e podem ser aceitáveis para peças com requisitos de rebarba baixos.

(2) Para chapa de aço inoxidável

Quando o ar é utilizado como gás auxiliar durante o corte, o material sofrerá oxidação, levando a defeitos como escória e estoma na secção de soldadura, o que terá um impacto negativo na qualidade do cordão de soldadura e diminuirá a resistência do junta de soldadura.

Por conseguinte, é necessário remover a camada de óxido da secção de soldadura por polimento para melhorar a qualidade da soldadura após o corte com ar como gás auxiliar.

Além disso, a secção cortada desenvolverá uma camada de óxido amarelo, que pode ser problemática para as peças exteriores. Esta camada de óxido também afecta a processo de soldadurae é necessário polir antes de se poder efetuar a soldadura.

(3) Para chapa de alumínio e chapa de liga de alumínio

A utilização de ar como gás auxiliar pode reduzir o tamanho da rebarba de corte, enquanto a utilização de nitrogénio resultará em rebarbas de corte maiores.

Requisitos para o dispositivo de alimentação de ar quando se utiliza ar como gás auxiliar

Quando o ar é utilizado como gás auxiliar, é necessária uma pressão de 0,9 MPa. Para cumprir este requisito, recomenda-se a utilização de um compressor de ar de parafuso com uma pressão de trabalho nominal de 1,26MPa e um caudal de 2,3m3/min.

É importante garantir a qualidade do ar comprimido, com uma taxa de secagem de 99% e um teor de humidade inferior a 1/100. Para tal, é necessário utilizar elementos filtrantes de alta qualidade na conduta de ar comprimido e substituí-los regularmente.

Para escolher um secador, estão disponíveis duas opções: um secador de adsorção regenerativo e um secador por congelação. Embora ambos tenham as suas próprias características, recomenda-se a escolha do secador de adsorção regenerativo pela sua estabilidade, facilidade de manutenção e utilização a longo prazo.

Ao selecionar o diâmetro da tubagem de ar comprimido e do redutor de pressão, é importante ter em conta o caudal e a pressão de saída do compressor para manter uma pressão estável ao utilizar ar comprimido.

Vale a pena notar que o magnético permanente conversor de frequência Os compressores de ar de parafuso de velocidade variável estão disponíveis no mercado, o que pode poupar até 50% de eletricidade em comparação com os compressores de ar de parafuso de velocidade não variável.

Conclusão

No ambiente industrial altamente competitivo de hoje, as empresas podem ganhar uma vantagem competitiva melhorando os seus processos de produção, melhorando o nível de conceção dos seus produtos e outros meios.

Outra forma eficaz de obter uma vantagem competitiva é reduzir os custos de processamento no âmbito do processo existente.

Utilizando o ar como gás auxiliar para materiais de corteCom a ajuda do programa, as empresas podem reduzir os custos de corte e aumentar os lucros, apoiando os seus esforços de transformação e atualização.