O corte a laser revolucionou o fabrico, mas sabia que o compressor de ar desempenha um papel crucial no seu sucesso? Nesta publicação do blogue, vamos analisar os pormenores da escolha do compressor de ar perfeito para o seu cortador a laser. O nosso engenheiro mecânico especializado irá guiá-lo através dos principais factores a considerar, garantindo um desempenho ótimo e uma qualidade de corte imaculada. Prepare-se para descobrir os segredos por detrás do aproveitamento do poder do ar comprimido no corte a laser!
A escolha e a configuração de um compressor de ar para uma máquina de corte a laser é um processo complexo que requer a consideração de vários factores, incluindo a pressão, o caudal e a qualidade do ar. Eis algumas conclusões a que chegámos:
Requisitos de pressão: As máquinas de corte a laser requerem normalmente uma pressão de ar entre 10 e 16 quilogramas. A maioria dos cortadores a laser utiliza um compressor de ar de parafuso com uma pressão de 13-16 quilogramas, o que indica que esta é a principal exigência dentro desta gama de pressão.
Requisitos de caudal: A quantidade de gás que um cortador a laser utiliza depende da sua potência e do material e espessura do objeto a cortar. Por exemplo, para um cortador a laser de 3000 watts, o caudal necessário para o compressor de ar correspondente pode ser determinado consultando uma tabela de caudal ou perguntando ao fabricante do cortador a laser.
Qualidade do ar: Para garantir a qualidade e a eficácia do corte a laser, o ar comprimido precisa de estar limpo, seco e estável. Por conseguinte, para além dos requisitos básicos de pressão e caudal, deve ser dada especial atenção à configuração do dispositivo de pós-tratamento do ar comprimido, como filtros de conduta de três a quatro fases, secadores refrigerados e removedores de óleo de alta eficiência. Estes dispositivos podem garantir a qualidade do ar e evitar que a humidade e o óleo afectem o espelho protetor da cabeça de corte a laser.
Tipo de compressor de ar: O compressor de ar de parafuso é recomendado porque proporciona um fornecimento de ar mais estável, inteligente e economizador de energia. Além disso, o compressor de ar de parafuso de frequência variável com íman permanente também é recomendado pelas suas características de poupança de energia.
Importância de um compressor de ar dedicado: Os cortadores a laser podem lidar com os requisitos de corte de vários materiais e formas complexas, e os gases auxiliares (como o oxigénio, o nitrogénio e o ar comprimido) são indispensáveis para o processo de corte. Por conseguinte, a escolha de um compressor de ar adequado para um cortador a laser é fundamental para melhorar os resultados de corte.
Em conclusão, ao escolher um compressor de ar para um cortador a laser, considere a pressão de ar fornecida, o caudal e a qualidade do ar. O compressor de ar de parafuso, especialmente o compressor de ar de parafuso de frequência variável com íman permanente, é uma boa escolha pela sua estabilidade, inteligência e eficiência energética. Ao mesmo tempo, para garantir a qualidade e a eficácia do corte a laser, devem ser configurados dispositivos de pós-tratamento adequados para garantir a limpeza e a secura da fonte de ar.
O corte a laser é um método muito utilizado processamento a laser tecnologia a nível mundial. A sua utilização remonta à década de 1970, quando foi utilizada pela primeira vez para efeitos de corte. O aumento e a popularidade da tecnologia laser de terceira geração no início do século XXI tornaram o corte a laser cada vez mais popular no processamento de materiais como chapa metálicaA indústria de transformação está a trabalhar em vários sectores: plástico, vidro, cerâmica, semicondutores, têxteis, madeira e papel.
Com a crescente procura, muitas empresas de laser têm vindo a desenvolver produtos de alta potência corte por laser de fibra máquinas. Estas máquinas têm a vantagem de reduzir os custos de processamento e de flexibilizar os métodos de pagamento. Atualmente, processamento de chapas metálicas empresas, fabricantes de cozinhas e casas de banho e empresas de transformação de peças para automóveis estão a utilizar mais frequentemente máquinas de corte a laser, especialmente na indústria de transformação de chapas metálicas, onde substituiu os métodos de transformação tradicionais.
As máquinas de corte a laser podem satisfazer as necessidades de corte de vários materiais e formas complexas. Requerem lasers de alta energia e gases auxiliares para completar o processo de corte. Os gases auxiliares mais comuns utilizados no corte a laser são o oxigénio (O2), o azoto (N2) e o ar comprimido. O ar comprimido é mais fácil de obter e mais barato do que o oxigénio e o azoto, o que o torna uma escolha comum para o corte.
A qualidade do ar comprimido afecta diretamente a qualidade do corte laser de metaisO compressor de ar utilizado como gás auxiliar para a máquina de corte a laser deve ser selecionado com base no design da cabeça de corte a laser, na pressão do gás auxiliar e no tamanho do bocal para melhor corresponder à máquina de corte a laser. O compressor de ar utilizado como gás auxiliar para a máquina de corte a laser deve ser selecionado com base no design da cabeça de corte a laser, na pressão do gás auxiliar e no tamanho do bocal para obter a melhor correspondência com a máquina de corte a laser.
O corte a laser envolve a utilização de um feixe de laser de alta potência e alta densidade que é focado na peça de trabalho, fazendo com que o material na área irradiada derreta, vaporize, ablacione ou atinja o seu ponto de ignição. O material derretido é então removido através de um fluxo de ar de alta velocidade, que é coaxial com o feixe, permitindo o corte da peça de trabalho. O corte a laser é um método de corte térmico.
Fig. 1 Princípio do corte a laser
O corte a laser pode ser dividido em corte por gaseificação a laser, corte por fusão a laser, corte por fusão assistida por oxigénio a laser e corte por fratura controlada.
1) Corte por gaseificação a laser
Utilizando um feixe de laser com elevada densidade de potência para aquecer a peça de trabalho, a temperatura aumenta rapidamente e atinge o ponto de ebulição do material num período de tempo muito curto. Como resultado, o material começa a vaporizar e a formar vapor. Estes vapores são expelidos a alta velocidade, criando um corte no material.
O calor necessário para a gaseificação do material é normalmente elevado, pelo que o corte por gaseificação a laser requer uma quantidade significativa de potência e densidade de potência.
Este método de corte é utilizado principalmente para cortar metais extremamente finos e metais nãomateriais metálicos como o papel, o tecido, a madeira, o plástico e a borracha.
Fig. 2 Corte por gaseificação a laser
A aresta de corte do corte por gaseificação a laser é lisa e sem rebarbas.
2) Corte por fusão a laser
O corte por fusão a laser envolve o aquecimento de materiais metálicos com um feixe de laser, provocando a sua fusão, e depois a utilização de gases inertes de alta pressão (como o N2, Ar e He) expelidos através de um bocal para eliminar o metal líquido e formar um corte.
Ao contrário do corte por gaseificação a laser, o corte por fusão a laser não requer a vaporização completa do material e requer apenas cerca de um décimo da energia do laser. Ao cortar materiais em folha, a velocidade de corte afecta a quantidade de energia laser que se perde através do corte.
À medida que a velocidade aumenta, mais feixes podem atingir o material e aumentar a densidade de potência. Ao cortar materiais de chapa espessa, a velocidade de remoção da fusão deve ser suficientemente rápida para evitar que o raio laser seja refletido várias vezes no corte, interrompendo assim o processo de corte.
Fig. 3 Corte por fusão a laser
O corte por fusão a laser resulta numa borda estriada no corte.
Este método é utilizado principalmente para cortar materiais ou metais activos que não são propensos à oxidação, como o aço inoxidável, titânio e alumínio e suas ligas.
Embora o azoto seja utilizado como gás auxiliar de corte para uma melhor qualidade, também aumenta o custo em comparação com a utilização de oxigénio como gás auxiliar de corte.
3) Corte por fusão assistida por oxigénio a laser
O princípio subjacente ao corte por fusão assistida por oxigénio a laser é semelhante ao do corte oxiacetilénico, com o laser a servir de fonte de calor de pré-aquecimento e o oxigénio como gás de corte auxiliar.
Por um lado, o oxigénio reage com o ferro que foi aquecido a aproximadamente 1500℃ pelo laser, fazendo com que uma grande quantidade de calor de oxidação seja continuamente libertada, resultando no aquecimento e queima do elemento de ferro.
Por outro lado, os óxidos líquidos fundidos e os materiais fundidos são expulsos da zona de reação, formando um corte no metal.
O processo de corte gera uma quantidade significativa de calor devido à reação de oxidação, pelo que a energia necessária para o corte a laser com oxigénio é apenas metade da necessária para o corte por fusão.
Além disso, a velocidade de corte é muito mais elevada do que a do corte por gaseificação a laser e do corte por fusão. A rugosidade da aresta produzida pelo corte por fusão assistida por oxigénio a laser situa-se algures entre a do corte por vaporização a laser e a do corte por fusão a laser.
Este método é utilizado principalmente para cortar aço-carbono e outros metais que são facilmente oxidados. Também pode ser utilizado para processar materiais como o aço inoxidável, mas a secção cortada será preta e áspera e o custo será inferior ao do corte com um gás inerte.
4) Corte por fratura controlada
O corte por fratura controlado por laser é um processo de corte de materiais frágeis que utiliza o aquecimento por feixe de laser a alta velocidade e de forma controlável.
O princípio de corte envolve o aquecimento de uma pequena área do material frágil com um feixe de laser, o que provoca um gradiente térmico e uma deformação mecânica grave, conduzindo a fissuras no material.
A velocidade de corte deste processo é rápida e requer apenas uma pequena quantidade de potência do laserMas se a potência for demasiado elevada, a superfície da peça de trabalho derreterá e a aresta de corte ficará danificada. Os principais parâmetros que podem ser controlados são a potência do laser e o tamanho do ponto.
Em comparação com outros métodos de corte, o corte a laser é conhecido pela sua elevada velocidade de corte e excelente qualidade. Algumas das principais características do corte a laser incluem:
Tabela 1 Comparação da velocidade de corte em vários métodos de corte
| Método de corte | Corte a laser | Corte a plasma | Corte oxiacetilénico | Corte hidráulico |
| Velocidade de corte | Muito rápido | Rápido | Lento | Muito lento |
No corte a laser, a escolha do gás de corte depende do material que está a ser cortado. A seleção do gás de corte e a sua pressão têm um impacto significativo na qualidade do processo de corte a laser.
Os gases auxiliares normalmente utilizados no corte a laser são o oxigénio (O2), o azoto (N2) e o ar comprimido. Em alguns casos, é também utilizado o árgon (Ar). A seleção do gás de corte pode ser dividida em gás de alta pressão e gás de baixa pressão com base na pressão do gás.
3.2. Seleção dos tipos de gás auxiliar
As principais funções do gás auxiliar no corte a laser são as seguintes
Ao escolher diferentes tecnologias de corte a laser, a seleção do gás auxiliar pode variar de acordo com os diferentes materiais de corte e a potência da máquina de corte a laser.
Eis as características, as utilizações e os âmbitos de aplicação dos diferentes gases auxiliares:
1) Oxigénio
O oxigénio (O2) é utilizado principalmente para cortar materiais em aço-carbono. O calor gerado pela reação química do oxigénio e do ferro promove a fusão endotérmica do metal, o que melhora significativamente a eficiência do corte e permite o corte de materiais mais espessos, melhorando o desempenho da máquina de corte a laser.
No entanto, a utilização de oxigénio também resulta na formação de uma película de óxido evidente no bordo de corte e tem um efeito de endurecimento no material circundante, o que pode afetar o processamento posterior. O bordo de corte do material tem uma cor preta ou amarela escura.
As chapas de aço-carbono utilizam normalmente o corte a oxigénio com baixa pressão perfuração ou corte a baixa pressão.
2) Azoto
Quando o azoto (N2) é utilizado como gás auxiliar para o corte, forma uma atmosfera protetora em torno do metal fundido para evitar a oxidação e a formação de uma película de óxido, realizando assim um corte não oxidativo.
No entanto, como o azoto não reage com os metais, a capacidade de corte não é tão boa como a do oxigénio, que tem um calor de reação. Além disso, o corte com azoto consome várias vezes mais azoto do que o corte com oxigénio, o que o torna mais caro.
A superfície de corte não oxidativa tem soldadura direta, revestimento e fortes propriedades de resistência à corrosão, e a face final da incisão é branca. O nitrogénio é geralmente utilizado para cortar aço inoxidável, chapa galvanizadaO corte de alumínio e de ligas de alumínio, latão e outros materiais é efectuado através de perfuração a baixa pressão e corte a alta pressão.
É importante notar que o caudal de gás tem um impacto significativo no corte quando se utiliza azoto. Ao assegurar a pressão do gás de corte, é necessário garantir um caudal de gás adequado.
3) Ar comprimido
O ar comprimido, que pode ser facilmente obtido e é muito barato devido ao seu fornecimento direto a partir de um compressor de ar, é a escolha mais económica e prática quando não existe um requisito rigoroso para a cor da incisão do material.
Embora o ar contenha apenas cerca de 20% de oxigénio, a sua eficiência de corte é inferior à do corte com oxigénio, mas a sua capacidade de corte é próxima da do azoto, com uma eficiência de corte ligeiramente superior à do corte com azoto. A face final do corte a ar apresenta uma cor amarela.
Comparação económica entre o corte a laser por ar comprimido e o corte a laser por nitrogénio
Atualmente, o azoto líquido no mercado é de cerca de 1400 yuan/tonelada,
O líquido azoto para corte a laser precisa do depósito Dewar, que é geralmente de 120 kg/lata, e o preço de 1 kg é superior a 3 yuan.
De acordo com 1400 yuan/tonelada, a gravidade específica do azoto no estado normalizado é de 1,25 kg/m3.
Por conseguinte, o consumo máximo de azoto líquido numa cuba Dewar é de cerca de 120/1,25 = 96 Nm3.
O custo do azoto por Nm3 é 168/96 = 1,75 yuan/Nm3
Se o compressor de ar Baode PM15TK-16 for utilizado para fornecer ar comprimido de 16 bar, pode fornecer 1,27 m3 por minuto.
A potência de entrada a plena carga deste tipo de compressor de ar é de 13,4 kW.
Se a taxa de eletricidade industrial for calculada em 1,0 yuan / kWh, o custo do ar por m3 é de 13,4 × 1,0 / (1,27×60) = 0,176 yuan/m3.
De acordo com o consumo real de 0,5 m3 por minuto e a máquina de corte a laser a trabalhar 8 horas por dia, o custo economizado pelo corte a ar em comparação com o corte a nitrogénio é: (1,75 - 0,176) × 8 × 60 × 0,5 = 378 yuan
Se a máquina de corte a laser funcionar durante 300 dias por ano, o custo do consumo de gás pode ser poupado: 378 x 300 = 113400 yuan,
Por conseguinte, a utilização de ar comprimido em vez de nitrogénio de corte é muito económica e prática.
O custo do gás poupado num ano é suficiente para comprar três compressores de ar integrados de alta qualidade.
4) Árgon
O árgon é um gás inerte que pode impedir a oxidação e nitretação durante o corte a laser, e pode também ser utilizado na soldadura por solução. No entanto, o custo do árgon é mais elevado do que o do azoto, pelo que não é rentável utilizar o árgon no corte a laser em geral.
O corte com árgon é utilizado principalmente para cortar titânio e ligas de titânio, e a face final da incisão é branca após o corte.
Existem várias formas de avaliar a qualidade da aresta do corte a laser. Os factores visuais, como a presença de rebarbas, depressão e grão, podem ser observados sem a utilização de quaisquer instrumentos. No entanto, para factores mais técnicos como perpendicularidadeA medição da rugosidade, rugosidade e largura da incisão requer ferramentas especializadas.
Além disso, outros factores como a deposição de material, a corrosão, a área afetada pelo calor e a deformação também desempenham um papel crucial na determinação da qualidade do corte a laser. Os problemas mais comuns que podem levar a uma má qualidade de corte incluem o sobreaquecimento e a acumulação de escórias.
O desempenho da máquina de corte a laser, como a potência do laser, a frequência de impulsos, a velocidade de corte, o foco, a direção de polarização, o tamanho do bocal e a pressão e caudal do gás auxiliar, têm impacto na avaliação da qualidade do corte a laser.
Fig. 4 Factores-chave da avaliação da qualidade do corte a laser
1) A combustão excessiva ocorre quando o calor da fusão da peça de trabalho não pode ser eficientemente transportado pelo fluxo de ar de alta pressão devido ao facto de a potência do laser ser demasiado elevada ou de os orifícios de corte ou a velocidade serem demasiado lentos. A solução para este problema consiste em reduzir a potência do laser e aumentar o caudal de gás.
Fig. 5 Queimadura excessiva
2) A escória aderente é também designada por rebarba.
A potência insuficiente do laser ou a pressão do gás auxiliar, ou a velocidade de corte excessiva, faz com que o gás auxiliar não consiga remover eficazmente os materiais fundidos ou vaporizados produzidos durante o processo de corte, fazendo com que a escória adira ao bordo inferior da superfície de corte.
Fig. 6 Escória aderente
A posição do foco do raio laser tem um impacto significativo na qualidade do corte. É necessário ajustar diferentes posições de focagem ao cortar diferentes materiais.
Por vezes, a presença de rebarba de corte não se deve a uma pressão inadequada do gás auxiliar, mas sim a um foco demasiado elevado. O impacto da posição do foco do feixe na qualidade do corte está representado na Figura 7.
Fig. 7 Influência do foco do feixe no efeito de corte (aço carbono: 15mm, aço inoxidável: 8mm)
1) A velocidade de corte é demasiado rápida
Fig. 8 Efeito de uma velocidade de corte demasiado rápida
2) A velocidade de corte é demasiado lenta
A posição do centro do bocal em relação ao centro do feixe laser afecta a qualidade do corte. Quando os centros estão desalinhados, o fluxo de ar de alta velocidade do bocal pode provocar a acumulação de material fundido num dos lados, resultando em escória e dificultando o corte.
É importante escolher um tamanho de bocal adequado.
Ao cortar chapas grossas, é necessário um bocal grande para acomodar o grande diâmetro do feixe laser. No entanto, um bocal grande também tem os seus inconvenientes. A baixa velocidade do fluxo de ar e a fraca capacidade de soprar o material fundido podem levar à formação de rebarbas na secção de corte.
Além disso, a grande dimensão do bocal pode fazer com que a escória e o fumo gerados durante o corte a laser salpiquem para dentro do bocal, danificando potencialmente a lente de proteção. Nas máquinas laser de alta potência, o feixe laser refletido pode mesmo queimar a cabeça do laser.
A qualidade do ar comprimido afecta grandemente o resultado do corte a laser.
O ar comprimido contém frequentemente névoa de água e óleo que, se não forem limpos, podem afetar seriamente a transmissão do feixe de laser através do espelho protetor da cabeça de corte a laser, provocando a perda de foco, resultando em cortes incompletos e produzindo resíduos.
No caso das máquinas de corte a laser de potência superelevada, mesmo a mais pequena quantidade de película de óleo ou de névoa de água na superfície do espelho ou do bocal pode levar à emissão de laser de alta energia que pode queimar a cabeça do laser.
O preço da cabeça de laser para uma máquina de corte a laser de super alta potência (acima de 12.000W) é superior a 20.000.
No entanto, muitos fornecedores de compressores de ar não são capazes de remover eficazmente o óleo e a humidade do ar comprimido.
Consequentemente, a maioria dos utilizadores de máquinas de corte a laser de ultra-alta potência estão relutantes em utilizar ar comprimido como gás auxiliar devido aos riscos potenciais.
As figuras 9 e 10 ilustram a diferença entre as lentes não contaminadas e as lentes contaminadas, respetivamente.
Fig. 9 Lentes não contaminadas
Fig. 10 Lentes contaminadas
Ao selecionar um compressor de ar para uma máquina de corte a laser, é necessário ter em conta a potência do laser, o tipo de gás auxiliar, a pressão e o caudal.
Isto baseia-se nos resultados de numerosas práticas que demonstram que estes factores têm um grande impacto na espessura e na eficiência do corte a laser de metais.
A influência da potência do laser e da pressão do gás auxiliar na capacidade de corte a laser é mostrada na Fig. 9, de acordo com a experiência 4 de um estudo de investigação sobre corte a laser realizado pela Universidade de Tsinghua. A velocidade de corte foi de 3 m/min, com um diâmetro de ponto de 0,16 mm, uma forma de bocal cónico, um diâmetro de fundo do bocal de 1,5 mm e uma distância de 1 mm entre o bocal e a peça de trabalho.
Fig. 11 Influência da potência do laser e da pressão do gás auxiliar na capacidade de corte a laser
Como se mostra na Fig. 11 (a), pode observar-se que, para uma espessura de 2 mm de baixo carbono chapa de açoSe a potência do laser for inferior a 860 W, a peça de trabalho não pode ser cortada, independentemente do aumento da pressão do azoto do gás auxiliar. Isto deve-se ao facto de a energia fornecida pelo laser não ser suficiente para penetrar na peça de trabalho.
Por outro lado, se a potência do laser for adequada para penetrar na peça de trabalho, quanto maior for a potência do laser, menor será a pressão do gás auxiliar necessária.
A partir da Fig. 11 (b), pode ver-se que quando o oxigénio é utilizado para cortar a mesma espessura de chapa de aço de baixo carbono, a influência da energia do laser e da pressão do gás auxiliar na capacidade de corte é comparável à do corte com azoto. No entanto, a potência do laser e a pressão do gás auxiliar necessárias para o corte são significativamente reduzidas.
Isto deve-se ao facto de o oxigénio reagir com o ferro durante o processo de corte, libertando cerca de quatro vezes a potência do laser. É por isso que as máquinas de corte a laser de média potência tendem a preferir o corte com oxigénio quando cortam chapas de aço de baixo carbono com 2 mm ou mais de espessura.
Ao cortar chapas de aço-carbono com ar comprimido, existe cerca de 20% de oxigénio no ar. Esta porção de oxigénio também reage com o elemento de ferro e liberta calor durante o processo de corte, tornando a eficiência do corte de chapas de aço-carbono com ar comprimido ligeiramente superior à do nitrogénio.
Além disso, a capacidade de corte das máquinas de corte a laser varia consoante os fabricantes devido a diferenças no laser e na tecnologia, e esta publicação faz referência aos dados públicos de vários fabricantes representativos para comparação.
Quadro 2 Espessura máxima de corte da máquina de corte a laser Han, mm
Utilizar Laser de fibra IPG
| Material | 1000W | 1500W | 2000W | 2500W | 3000W | 4000W |
| Aço de baixo carbono | 10 | 12 | 16 | 20 | 22 | 25 |
| Aço inoxidável | 4 | 5 | 6 | 8 | 12 | 16 |
| Liga de alumínio | 4 | 5 | 6 | 8 | 12 | 16 |
| Liga de cobre | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 |
Quadro 3 Espessura máxima de corte da máquina de corte a laser HG, mm
Laser de fibra da série Marvel
| Material | 3300W | 4200W | 6000W | 8000W | 10000W | 12000W |
| Aço de baixo carbono | 20 | 20 | 22 | 25 | 25 | 25 |
| Aço inoxidável | 10 | 12 | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Liga de alumínio | 10 | 12 | 20 | 25 | 30 | 30 |
| Latão | 6 | 8 | 12 | 14 | 16 | 20 |
Quadro 4 Espessura máxima de corte de Laser Bystronic máquina de corte, mm
| Material | 500W | 1000W | 2000W | 3000W |
| Aço de baixo carbono | 6 | 10 | 16 | 20 |
| Aço inoxidável | 3 | 5 | 8 | 10 |
| Liga de alumínio | 2 | 3 | 5 | 8 |
| Latão | 2 | 3 | 5 | 8 |
Devido à redução dos custos do laser, o custo global das máquinas de corte a laser diminuiu consideravelmente. Atualmente, a maioria dos utilizadores de processamento de metais compra máquinas de corte a laser com uma potência de 3000-4000 W.
No entanto, um pequeno número de utilizadores de processamento de metais na material metálico O mercado opta principalmente por máquinas de corte a laser de ultra-alta potência com uma potência de 12000-15000 W.
Consequentemente, o corte a laser pode ser normalmente utilizado para chapas de aço de baixo teor de carbono com uma espessura inferior a 22-25 mm, bem como para chapas de aço inoxidável, chapas de liga de alumínio e chapas de liga de cobre com uma espessura inferior a 10-16 mm.
Entre eles,
De acordo com discussões anteriores, a espessura da chapa que pode ser cortada por uma máquina de corte a laser equipada com um compressor de ar depende principalmente da potência do laser e não é significativamente afetada pela pressão do ar comprimido.
Se a potência do laser for suficiente, a pressão do ar comprimido não afectará a capacidade de corte. Por outro lado, se a potência do laser não for suficientemente forte, o aumento da pressão do ar comprimido não melhorará o corte.
No entanto, se a potência do laser for suficiente, uma pressão de ar comprimido mais elevada conduz a uma melhor qualidade de corte a laser e a uma maior eficiência de corte. O desenvolvimento da potência da máquina de corte a laser progrediu de pequena para média, alta e até superpotência ao longo do tempo.
Os requisitos de pressão dos compressores de ar que suportam as máquinas de corte a laser evoluíram ao longo do tempo, começando com 8 bar, aumentando para 13 bar há dois anos e atualmente com 16 bar, com planos para atingir 20-30 bar no futuro.
O ar comprimido, depois de seco e purificado, é dividido em três canais para a máquina de corte a laser que o utiliza como gás auxiliar: gás de corte, fonte de energia do cilindro e gás de despoeiramento de pressão positiva do percurso ótico para garantir um funcionamento correto.
O gás de corte representa cerca de 80-90% do consumo total de ar comprimido. As máquinas que não utilizam ar comprimido como gás auxiliar, mas sim nitrogénio ou oxigénio, continuam a necessitar de um pequeno compressor de ar para fornecer uma fonte de energia ao cilindro com uma fonte de ar atmosférico de 6-7 bar.
Para determinar a quantidade necessária de compressor de ar para máquinas de corte a laser que utilizam ar comprimido como gás auxiliar, é necessário calcular o caudal de ar comprimido através do bocal.
A pressão absoluta do ar antes e depois do bocal é representada por P e P0, respetivamente. Com base na teoria dos bicos, quando P0/P é menor ou igual a 0,528, o caudal de ar comprimido que passa através do bico no estado normal pode ser calculado.
Onde,
O cálculo da descarga do compressor de ar deve ter em conta o tempo livre de deslocação da máquina de corte a laser, sendo o tempo real de trabalho entre 50-70%. A deslocação real necessária, QN, pode ser calculada da seguinte forma:
De acordo com a potência da máquina de corte a laser, as especificações comuns dos sete bicos são: 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 mm.
A Fig. 12 mostra o caudal de gás auxiliar dos bicos com diferentes pressões de corte.
Fig. 12 Caudal de gás auxiliar dos bicos com diferentes pressões de corte, m3/min
Exemplo 1:
A máquina de corte a laser de um utilizador utiliza um bocal de 2,0 mm e espera-se que a pressão de corte atinja 1,6 MPa de pressão absoluta.
Como deve ser equipado um compressor de ar?
Resposta:
Como mostra a figura 12, um caudal de ar comprimido de 0,491 m3/min é necessário para que o bocal de 2,0 mm mantenha 1,6 Mpa de pressão absoluta;
Se o tempo real de desgaseificação for 70% e 90% da deslocação de ar do compressor for utilizado para o cálculo do corte auxiliar, o volume de gás necessário é: 0.491 * 0.7/0.9 = 0.382 m3/min, e a de dois compressores não é inferior a 0,764 m3/min.
A capacidade de descarga nominal de um compressor Baode11TK/16 é de 0,97 m3/min, que pode ser equipada com duas máquinas de corte a laser com bocal de 2,0 mm (uma accionou duas), ou uma máquina de corte a laser com bocal de 2,5 mm.
Exemplo 2:
Como é que um compressor de ar integrado de corte a laser Baode15TK/16 pode ser equipado com uma máquina de corte a laser?
Resposta:
A capacidade de descarga nominal do compressor Baode15TK/16 é de 1,27 m3/min, que pode ser convertido em: 1.27 * 0.9/0.7 = 1.633 m3/min
De acordo com a Fig. 12, um compressor de ar integrado Baode15TK/16 para corte a laser pode ser equipado com uma máquina de corte a laser equipada com um bocal de 3,5 mm ou duas máquinas de corte a laser com um bocal de 2,5 mm (uma acionada por duas).
A qualidade do ar comprimido tem um impacto direto na qualidade do corte a laser e, uma vez que a máquina de corte a laser funciona normalmente de forma contínua, o compressor de ar está normalmente localizado perto dela.
Por conseguinte, o compressor de ar deve estar equipado com um secador eficaz para remover o máximo de humidade possível do ar comprimido, seguido de um grupo de filtros de alta precisão com precisão suficiente para filtrar totalmente as partículas de óleo e de pó.
Uma vez concluído o pós-tratamento, o ponto de orvalho de pressão do ar comprimido atinge 2-5°C, com um teor de óleo residual inferior a 0,001 ppm e um teor de partículas inferior a 0,01 μM.
Depois de o ar ter sido seco, a sua temperatura volta a um nível próximo do normal, o que ajuda a evitar eficazmente a ocorrência de condensação.
Este ar comprimido de alta qualidade pode sustentar o funcionamento estável a longo prazo da máquina de corte a laser e elimina a necessidade de limpeza frequente da lente de proteção.
O compressor de ar de pistão é capaz de produzir alta pressão, mas é conhecido pelo seu ruído, numerosas peças vulneráveis e mau manuseamento do óleo de escape.
Por conseguinte, não se recomenda a utilização de um compressor de ar de pistão para pressões inferiores a 1,6 Mpa.
Recomenda-se geralmente a escolha de um compressor de ar de parafuso com um secador a frio e um filtro de precisão adequados para pressões inferiores a 1,6 Mpa.
O compressor deve estar equipado com um motor de frequência variável de ímanes permanentes, que mantém a estabilidade da pressão de fornecimento de ar e assegura resultados de corte óptimos.
A maioria dos utilizadores não tem conhecimentos sobre compressores de ar e tratamento de purificação de ar comprimido. Se os utilizadores comprarem o compressor de ar, o depósito de armazenamento de ar, o secador a frio e o filtro individualmente e tentarem instalá-los sozinhos, isso pode ser moroso e resultar num sistema que não cumpre as normas de qualidade do ar comprimido exigidas.
Um compressor de ar integrado combina o compressor, o depósito de armazenamento de ar, o separador de água, o secador a frio e o filtro numa única unidade, eliminando a necessidade de os utilizadores fornecerem o seu próprio depósito de gás, secador a frio e filtro, bem como o incómodo da instalação e ligação no local e o inconveniente de lidar com vários fornecedores para assistência.
Oferece ar comprimido contínuo, estável e limpo, tornando-o uma opção ideal para suportar máquinas de corte a laser de alta potência.
Fig. 13 Compressor de ar integrado para máquina de corte a laser
Atualmente, as máquinas de corte a laser que necessitam de ar comprimido a uma pressão superior a 1,6 Mpa utilizam principalmente compressores de pistão, mas o seu desenvolvimento tem sido lento devido a limitações em termos de fiabilidade e qualidade.
À medida que a utilização de máquinas de corte a laser de alta potência se generaliza, a procura de corte de chapas grossas está a aumentar.
É necessário desenvolver um compressor de ar de parafuso de pequeno caudal e alta pressão com uma pressão de descarga nominal de ≥ 2,0 Mpa.
Ao comprar um compressor de ar para corte a laser, considerar apenas o custo de compra pode resultar na aquisição de um produto de qualidade inferior no final.
Os fornecedores também precisam de ter lucro e, se venderem um sistema de compressor de ar comprimido de alta qualidade ao preço mais baixo do mercado, não terão qualquer lucro.
Em nome da sua atividade e dos seus lucros, podem comprometer a qualidade, utilizando componentes mais baratos e inferiores.
Por exemplo, para competir e aumentar os lucros, alguns secadores por arrefecimento com um caudal nominal de tratamento de 1 m3/min estão agora disponíveis no mercado, mas nenhum deles pode atingir a temperatura nominal do ponto de orvalho da pressão de 2-8 ℃, com pontos de orvalho de pressão reais acima de 12-16 ℃.
Se uma máquina de corte a laser utilizar um secador de arrefecimento deste tipo, a lente de proteção teria de ser limpa várias vezes por dia e a qualidade do corte a laser seria afetada.
Do mesmo modo, o núcleo de separação de petróleo e gás e o seu filtro de precisão de valor acrescentado não são baratos.
Ao escolher um compressor de ar para corte a laser, os utilizadores podem ter tendência para escolher um compressor com uma cilindrada superior à que é realmente necessária, e o pessoal de vendas pode também tentar vender-lhes um compressor maior.
No entanto, se a deslocação for significativamente maior do que a procura real, mesmo com a regulação da conversão de frequência, o compressor pode continuar a funcionar a uma frequência baixa e fornecer uma quantidade excessiva de ar, fazendo com que a máquina entre num estado de suspensão de paragem.
Para manter uma pressão de ar estável, o compressor terá de recomeçar a funcionar assim que o ar for necessário, o que leva a ciclos frequentes de "arranque-arranque-sono-começo-arranque-sono", que podem encurtar a vida útil do compressor e aumentar o teor de óleo nos gases de escape.
Nos casos em que o compressor é demasiado grande, pode ser necessário modificar os parâmetros do controlador para reduzir a frequência do arranque e paragem automáticos, como por exemplo, aumentar o atraso em vazio de 10 segundos para 180 segundos.
Se o compressor de ar for ligado antes do secador a frio, é possível que o ar de exaustão não atinja a pressão de ponto de orvalho necessária durante um período prolongado. Se a máquina de corte a laser for operada neste estado, existe o risco de a água contida no ar comprimido se condensar na lente de proteção da cabeça de corte a laser.
O procedimento de funcionamento correto consiste em ligar primeiro o secador a frio e, em seguida, ligar o compressor de ar quando a temperatura do refrigerante tiver descido para cerca de 5°C.
O compressor de ar geral com uma pressão de escape de 7-8 bar funciona a uma temperatura não superior a 90°C em condições normais. Normalmente, o fabricante fixa a temperatura de escape entre 78-85°C.
No entanto, para os compressores de ar com uma pressão de escape superior a 1,6 MPa, a manutenção de uma temperatura de escape tão baixa pode ser problemática quando utilizada numa máquina de corte a laser.
Durante o verão, o compressor de ar de alta pressão funciona a uma temperatura de escape de cerca de 80°C, o que facilita a separação da água e a emulsão do óleo lubrificante, provocando um aumento acentuado do teor de óleo no escape.
Isto pode resultar num fraco desempenho de corte ou mesmo em danos na lente de focagem. A temperatura de escape deve ser regulada de acordo com o local e a estação do ano, como mostra a Figura 14.
Fig. 14 Ponto de orvalho da pressão do ar saturado
1) Antes de começar a trabalhar todos os dias, é necessário drenar o condensado do depósito de ar e verificar se existem manchas de óleo na água do condensado.
2) O estado de retorno do óleo do tubo de retorno do óleo do separador óleo-gás para o motor principal do compressor deve ser monitorizado através do visor (Figura 15) para determinar se o teor de óleo nos gases de escape é alto ou baixo e se o óleo lubrificante ou o núcleo de separação de óleo tem de ser substituído.
a. O fluxo de ar a alta velocidade que transporta uma pequena quantidade de óleo lubrificante é visível através do visor - isto é considerado normal;
b. O visor está cheio de óleo lubrificante e move-se lentamente - isto indica um bloqueio na tubagem e tem de ser limpo;
c. O fluxo de ar a alta velocidade que transporta uma quantidade significativa de óleo lubrificante é visível através do visor - isto sugere que o efeito de separação do óleo é fraco, resultando num elevado teor de óleo nos gases de escape, e requer atenção imediata.
Fig. 15 Visor de retorno do óleo
3) Substituir o elemento filtrante do filtro de precisão dentro do prazo especificado pelo fabricante.
4) Substituir o elemento do filtro de ar, o separador de óleo, o filtro de óleo e o óleo lubrificante dentro do prazo especificado pelo fabricante.
Conclusão: O ar comprimido é amplamente utilizado como gás de apoio em máquinas de corte a laser. Pode ser utilizado em vez de oxigénio para cortar chapas de aço-carbono e azoto para cortar chapas de aço-carbono. corte de aço inoxidávelchapas galvanizadas, ligas de alumínio e ligas de cobre. A seleção e a utilização adequadas de um compressor de ar não só garantem a qualidade do corte a laser, como também proporcionam uma boa eficiência de corte e uma poupança significativa de custos.
A utilização de um compressor de ar de parafuso como dispositivo auxiliar para uma máquina de corte a laser tem as seguintes vantagens e desvantagens específicas:
Vantagens:
Desvantagens:
Os dispositivos de pós-processamento do compressor de ar utilizado pela máquina de corte a laser incluem principalmente filtros de tubagem e secadores refrigerados. Os princípios de funcionamento destes dispositivos e os seus efeitos na qualidade do corte a laser são os seguintes:
Filtro de tubagem:
A sua principal função é remover o pó, as impurezas e outros poluentes do ar comprimido. No processo de corte a laser, o ar comprimido serve como uma fonte crucial de gás de proteção, fonte de energia e sopro de poeira. Se o ar comprimido contiver uma grande quantidade de película de óleo ou poeira, isso afectará diretamente a qualidade e a eficiência do corte a laser. Por conseguinte, a instalação de filtros de água e de névoa de óleo é essencial para garantir que o ar que entra no secador refrigerado está limpo, com uma gama de precisão típica de 3~25μm.
Secador de roupa refrigerado:
O secador por refrigeração utiliza uma tecnologia com mais de 100 anos, removendo a humidade através da redução da temperatura do ar comprimido, melhorando assim a secura do ar comprimido. Esta tecnologia pode reduzir eficazmente o teor de humidade do ar comprimido, mas o seu efeito pode variar em função da localização geográfica, exigindo a seleção de um tipo de secador adequado (como o secador por adsorção ou o secador por refrigeração) com base nas condições reais. A escolha de um secador refrigerado é crucial para a qualidade do corte a laser, uma vez que a humidade no ar comprimido pode provocar a difusão do laser, afectando assim a capacidade de corte e a eficiência.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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