Elegir e instalar un compresor de aire para una máquina de corte por láser es un proceso complejo que requiere la consideración de varios factores, incluida la presión, el caudal y la calidad del aire. Aquí hay algunas conclusiones que sacamos:
Requisito de presión: las cortadoras láser normalmente requieren una presión de aire de entre 10 y 16 kg. La mayoría de las cortadoras láser utilizan un compresor de aire de tipo tornillo con una presión de 13 a 16 kg, lo que indica que esta es la demanda principal dentro de este rango de presión.
Requisito de caudal: la cantidad de gas que utiliza una cortadora láser depende de su potencia y del material y grosor del objeto que se corta. Por ejemplo, para una cortadora láser de 3000 vatios, el requisito de flujo del compresor de aire correspondiente se puede determinar consultando un diagrama de flujo o preguntando al fabricante de la cortadora láser.
Calidad del aire: Para garantizar la calidad y eficacia del corte por láser, el aire comprimido debe estar limpio, seco y estable. Por lo tanto, además de los requisitos básicos de presión y flujo, se debe prestar especial atención a la configuración del dispositivo de postratamiento de aire comprimido, como filtros de tubería de tres a cuatro etapas, secadores refrigerados y removedores de aceite de alta eficiencia. Estos dispositivos pueden garantizar la calidad del aire y evitar que la humedad y el aceite afecten el espejo protector del cabezal de corte láser.
Tipo de compresor de aire: Se recomienda el compresor de aire de tipo tornillo porque proporciona un suministro de aire más estable, inteligente y que ahorra energía. Además, también se recomienda el compresor de aire de tornillo de frecuencia variable y imán permanente por sus características de ahorro de energía.
Importancia de un compresor de aire dedicado: las cortadoras láser pueden cumplir con los requisitos de corte de diversos materiales y formas complejas, y los gases auxiliares (como oxígeno, nitrógeno y aire comprimido) son indispensables para el proceso de corte. Por lo tanto, elegir un compresor de aire adecuado para una cortadora láser es fundamental para mejorar los resultados del corte.
En conclusión, al elegir un compresor de aire para una cortadora láser, considere la presión del aire suministrado, el caudal y la calidad del aire. El compresor de aire de tipo tornillo, especialmente el compresor de aire de tornillo de frecuencia variable de imán permanente, es una buena opción por su estabilidad, inteligencia y eficiencia energética. Al mismo tiempo, para garantizar la calidad y eficacia del corte por láser, se deben configurar dispositivos de postratamiento adecuados que garanticen la limpieza y sequedad de la fuente de aire.
1. Introducción
El corte por láser es una tecnología de procesamiento por láser ampliamente utilizada en todo el mundo. Su uso se remonta a la década de 1970, cuando se utilizó por primera vez con fines de corte. El auge y la popularidad de la tecnología láser de tercera generación a principios del siglo XXI han hecho que el corte por láser sea cada vez más popular en el procesamiento de materiales como láminas de metal, plástico, vidrio, cerámica, semiconductores, textiles, madera y papel.
Con la creciente demanda, muchas empresas de láser han desarrollado máquinas de corte por láser de fibra de alta potencia. Estas máquinas tienen la ventaja de costos de procesamiento reducidos y métodos de pago flexibles. Hoy en día, las empresas de procesamiento de chapa, los fabricantes de cocinas y baños y las empresas de procesamiento de piezas de automóviles utilizan con mayor frecuencia máquinas de corte por láser, especialmente en la industria de procesamiento de chapa, donde han reemplazado los métodos de procesamiento tradicionales.
Las máquinas de corte por láser pueden satisfacer las necesidades de cortar diversos materiales y formas complejas. Requieren láseres de alta energía y gases auxiliares para completar el proceso de corte. Los gases auxiliares más comunes utilizados para el corte por láser son el oxígeno (O2), el nitrógeno (N2) y el aire comprimido. El aire comprimido es más fácil de obtener y más económico en comparación con el oxígeno y el nitrógeno, lo que lo convierte en una opción común para cortar.
La calidad del aire comprimido afecta directamente la calidad del corte por láser de metales, y la estabilidad y el tamaño de la presión del gas pueden afectar el efecto de corte. El compresor de aire utilizado como gas auxiliar para la máquina de corte por láser debe seleccionarse según el diseño del cabezal de corte por láser, la presión del gas auxiliar y el tamaño de la boquilla para que se adapte mejor a la máquina de corte por láser.
2. Principio del corte por láser.
El corte por láser implica el uso de un rayo láser de alta potencia y alta densidad que se enfoca en la pieza de trabajo, lo que hace que el material en el área irradiada se derrita, se vaporice, se extirpe o alcance su punto de ignición. Luego, el material fundido se elimina a través de un flujo de aire de alta velocidad, que es coaxial con la viga, lo que permite cortar la pieza. El corte por láser es un método de corte térmico.
Figura 1 Principio del corte por láser.
2,1 millones de algunos métodos de corte por láser
El corte por láser se puede dividir en corte por gasificación por láser, corte por fusión por láser, corte por fusión asistido por oxígeno por láser y corte por fractura controlada.
1) Corte por gasificación por láser
Utilizando un rayo láser de alta densidad de potencia para calentar la pieza, la temperatura aumenta rápidamente y alcanza el punto de ebullición del material en muy poco tiempo. Como resultado, el material comienza a vaporizarse y formar vapor. Estos vapores son expulsados a gran velocidad, creando un corte en el material.
El calor necesario para gasificar el material suele ser alto, por lo que el corte por gasificación por láser requiere una cantidad significativa de potencia y densidad de potencia.
Este método de corte se utiliza principalmente para cortar metales extremadamente finos y materiales no metálicos como papel, tela, madera, plástico y caucho.
Fig. 2 Corte por gasificación por láser
La punta de corte por gasificación láser es suave y sin rebabas.
2) Corte por fusión por láser
El corte por fusión por láser implica calentar materiales metálicos con un rayo láser, hacer que se fundan y luego utilizar gases inertes a alta presión (como N2, Ar y He) expulsados a través de una boquilla para eliminar el líquido metálico y formar un corte.
A diferencia del corte por gasificación por láser, el corte por fusión por láser no requiere la vaporización completa del material y solo requiere aproximadamente una décima parte de la energía del láser. Al cortar materiales en láminas, la velocidad de corte afecta la cantidad de energía láser que se pierde durante el corte.
A medida que aumenta la velocidad, más rayos pueden impactar el material y aumentar la densidad de potencia. Al cortar materiales en láminas gruesas, la velocidad de defusión debe ser lo suficientemente rápida como para evitar que el rayo láser se refleje varias veces en el corte, interrumpiendo así el proceso de corte.
Fig.3 Corte por fusión por láser
El corte por fusión con láser da como resultado un borde rayado en el corte.
Este método se utiliza principalmente para cortar materiales activos o metales que no son propensos a la oxidación, como acero inoxidable, titanio y aleaciones de aluminio y sus aleaciones.
Aunque el nitrógeno se utiliza como gas auxiliar de corte para mejorar la calidad, también aumenta el costo en comparación con el uso de oxígeno como gas auxiliar de corte.
3) Corte por fusión asistido por oxígeno por láser
El principio detrás del corte por fusión asistido por oxígeno por láser es similar al del corte con oxiacetileno, donde el láser actúa como fuente de calor de precalentamiento y el oxígeno como gas auxiliar de corte.
Por un lado, el oxígeno reacciona con el hierro que ha sido calentado a aproximadamente 1.500 ℃ por el láser, lo que provoca que se libere continuamente una gran cantidad de calor de oxidación, lo que provoca el calentamiento y la quema del elemento de hierro.
Por otro lado, los óxidos líquidos fundidos y los materiales fundidos son expulsados de la zona de reacción, formando un corte en el metal.
El proceso de corte genera una cantidad significativa de calor debido a la reacción de oxidación, por lo que la energía requerida para el corte por láser de oxígeno es solo la mitad de la requerida para el corte por fusión.
Además, la velocidad de corte es mucho mayor que la del corte por gasificación por láser y el corte por fusión. La rugosidad del borde producida por el corte por fusión asistido por oxígeno por láser se encuentra en algún punto entre la del corte por vaporización por láser y la del corte por fusión por láser.
Este método se utiliza principalmente para cortar acero al carbono y otros metales que se oxidan fácilmente. También se puede utilizar para procesar materiales como el acero inoxidable, pero la sección cortada será negra y rugosa y el costo será menor que el corte con gas inerte.
4) Corte de fractura controlado
El corte de fracturas controlado por láser es un proceso de corte de materiales frágiles mediante calentamiento por rayo láser de una manera controlable y de alta velocidad.
El principio de corte consiste en calentar una pequeña zona del material quebradizo con un rayo láser, lo que provoca un gradiente térmico y una deformación mecánica grave, lo que provoca grietas en el material.
La velocidad de corte de este proceso es rápida y solo requiere una pequeña cantidad de potencia del láser, pero si la potencia es demasiado alta, la superficie de la pieza de trabajo se derretirá y el filo se dañará. Los principales parámetros que se pueden controlar son la potencia del láser y el tamaño del punto.
2.2 C características del corte por láser.
En comparación con otros métodos de corte, el corte por láser es conocido por su alta velocidad de corte y excelente calidad. Algunas características clave del corte por láser incluyen:
- Buena calidad de corte: el corte por láser ofrece una excelente calidad de corte debido al pequeño tamaño del punto láser, la alta densidad de energía y la rápida velocidad de corte.
- Corte fino y estrecho: el corte con gas láser produce una incisión fina y estrecha, con los lados del corte paralelos y perpendiculares a la superficie.
- Superficie de corte suave y hermosa: la superficie de corte producida mediante corte por láser es suave y atractiva, lo que la hace adecuada para su uso como paso de procesamiento final sin necesidad de mecanizado adicional.
- Pequeña zona afectada por el calor: el ancho de la zona afectada por el calor después del corte con láser es pequeño, lo que preserva las propiedades del material cerca del corte. La forma de la pieza es precisa y la precisión de corte es alta. En la Tabla 1 se presenta una comparación de las velocidades de corte entre el corte por láser y otros métodos utilizando placas de acero con bajo contenido de carbono como material de corte.
- Velocidad de corte rápida: por ejemplo, un láser de 2500 W puede cortar placas de acero al carbono laminadas en frío de 1 mm de espesor a una velocidad de 16-19 m/min.
- Corte Sin Contacto: Durante el corte por láser no hay contacto entre la boquilla y la pieza, evitando el desgaste de la herramienta y preservando la calidad del corte.
Tabla 1 Comparación de la velocidad de corte en diferentes métodos de corte
| Método de corte | Corte con laser | corte por plasma | Corte con oxiacetileno | corte hidraulico |
| Velocidad cortante | Muy rapido | Rápido | Lento | Muy lento |
3. Comparación del corte por láser con diferentes gases auxiliares
En el corte por láser, la elección del gas de corte depende del material a cortar. La selección del gas de corte y su presión influyen significativamente en la calidad del proceso de corte por láser.
3.1. Tipos de gas auxiliar
Los gases auxiliares más utilizados para el corte por láser son el oxígeno (O2), el nitrógeno (N2) y el aire comprimido. En algunos casos también se utiliza argón (Ar). La selección del gas de corte se puede dividir en gas de alta presión y gas de baja presión según la presión del gas.
3.2. Selección de tipos de gases auxiliares.
Las principales funciones del gas auxiliar en el corte por láser son las siguientes:
- Favoreciendo la combustión y disipando el calor.
- Elimine los restos derretidos producidos durante el corte de manera oportuna
- Evita que los residuos fundidos reboten en la boquilla y protege la lente de enfoque.
Al elegir diferentes tecnologías de corte por láser, la selección del gas auxiliar puede variar según los diferentes materiales de corte y la potencia de la máquina de corte por láser.
A continuación se detallan las características, usos y ámbitos de aplicación de varios gases auxiliares:
1) Oxígeno
El oxígeno (O2) se utiliza principalmente para cortar materiales de acero al carbono. El calor generado por la reacción química del oxígeno y el hierro promueve la fusión endotérmica del metal, lo que mejora significativamente la eficiencia del corte y permite el corte de materiales más gruesos, mejorando el rendimiento de la máquina de corte por láser.
Sin embargo, el uso de oxígeno también da como resultado la formación de una película de óxido evidente en el borde cortado y tiene un efecto de endurecimiento en el material circundante, lo que puede afectar el procesamiento posterior. El borde cortado del material es negro o amarillo oscuro.
Las placas de acero al carbono suelen utilizar corte con oxígeno con perforación a baja presión o corte a baja presión.
2) nitrógeno
Cuando se utiliza nitrógeno (N2) como gas auxiliar para el corte, se forma una atmósfera protectora alrededor del metal fundido para evitar la oxidación y la formación de una película de óxido, consiguiendo así un corte no oxidativo.
Sin embargo, debido a que el nitrógeno no reacciona con los metales, la capacidad de corte no es tan buena como la del oxígeno, que tiene calor de reacción. Además, el corte con nitrógeno consume varias veces más nitrógeno que el corte con oxígeno, lo que lo hace más caro.
La superficie de corte no oxidante tiene propiedades de soldadura directa, recubrimiento y fuerte resistencia a la corrosión, y la cara del extremo de la incisión es blanca. El nitrógeno se utiliza generalmente para cortar acero inoxidable, láminas galvanizadas, placas de aluminio y aleaciones de aluminio, latón y otros materiales mediante perforación a baja presión y corte a alta presión.
Es importante señalar que el flujo de gas tiene un impacto significativo en el corte cuando se utiliza nitrógeno. Al garantizar la presión del gas de corte, es necesario garantizar un flujo de gas adecuado.
3) aire comprimido
El aire comprimido, de fácil obtención y muy económico gracias a su suministro directo desde un compresor de aire, es la opción más económica y práctica cuando no hay requisitos estrictos en cuanto al color del corte del material.
Aunque el aire solo contiene alrededor del 20% de oxígeno, su eficiencia de corte es menor que la del corte con oxígeno, pero su capacidad de corte es cercana a la del nitrógeno, con una eficiencia de corte ligeramente mayor que la del corte con nitrógeno. La cara final del corte de aire aparece de color amarillo.
Comparación económica entre el corte por láser de aire comprimido y el corte por láser de nitrógeno
En la actualidad, el nitrógeno líquido en el mercado es de aproximadamente 1400 yuanes/tonelada,
El nitrógeno líquido para el corte por láser necesita un tanque Dewar, que generalmente pesa 120 kg por lata, y el precio de 1 kg es más de 3 yuanes.
Según 1.400 yuanes/tonelada, la gravedad específica del nitrógeno en estado estándar es de 1,25 kg/m 3 .
Por tanto, el consumo máximo de nitrógeno líquido en un tanque Dewar es de aproximadamente 120/1,25 = 96 Nm 3 .
El coste del nitrógeno por Nm 3 es 168/96 = 1,75 yuanes/Nm 3
Si se utiliza el compresor de aire Baode PM15TK-16 para suministrar aire comprimido a 16 bar, puede suministrar 1,27 m 3 por minuto.
La potencia de entrada a plena carga de este tipo de compresor de aire es de 13,4 kW.
Si la tarifa de electricidad industrial se calcula como 1,0 yuanes/kWh, el coste del aire por m 3 es 13,4 × 1,0 / (1,27 × 60) = 0,176 yuanes/m 3 .
Según el consumo real de 0,5 m3 de gas por minuto y la máquina de corte por láser funcionando 8 horas al día, el costo ahorrado por el corte con aire en comparación con el corte con nitrógeno es: (1,75 – 0,176) × 8 × 60 × 0,5 = 378 yuanes
Si la máquina de corte por láser funciona 300 días al año, se puede ahorrar el coste del consumo de gas: 378 x 300 = 113.400 yuanes.
Por tanto, utilizar aire comprimido en lugar de corte con nitrógeno es muy económico y práctico .
El costo de gas ahorrado en un año es suficiente para comprar tres compresores de aire integrados de alta calidad.
4) argón
El argón es un gas inerte que puede prevenir la oxidación y la nitruración durante el corte por láser y también se puede utilizar en la soldadura por solución. Sin embargo, el coste del argón es mayor que el del nitrógeno, lo que hace que su uso en el corte por láser sea, en general, antieconómico.
El corte con argón se utiliza principalmente para cortar titanio y aleaciones de titanio, y la cara final de la incisión se vuelve blanca después del corte.
4. Factores que afectan la calidad del corte por láser.
4.1. Factores para evaluar la calidad del corte por láser.
Hay varias formas de evaluar la calidad de los bordes del corte por láser. Los factores visuales como la presencia de rebabas, depresiones y granos se pueden observar sin necesidad de utilizar ningún instrumento. Sin embargo, para factores más técnicos como la perpendicularidad, la rugosidad y el ancho de la incisión, se requieren herramientas de medición especializadas.
Además, otros factores como la deposición de material, la corrosión, el área afectada por el calor y la deformación también juegan un papel crucial en la determinación de la calidad del corte por láser. Los problemas comunes que pueden provocar una mala calidad del corte incluyen quemaduras excesivas y acumulación de escoria.
El rendimiento de la máquina de corte por láser, como la potencia del láser, la frecuencia del pulso, la velocidad de corte, el enfoque, la dirección de polarización, el tamaño de la boquilla y la presión y el flujo del gas auxiliar, afectan la evaluación de la calidad del corte por láser.
Fig. 4 Principales factores para evaluar la calidad del corte por láser
1) La sobrequemado ocurre cuando el calor proveniente de la fusión de la pieza de trabajo no puede ser transportado eficientemente por el flujo de aire a alta presión debido a que la potencia del láser es demasiado alta o los orificios de corte o la velocidad son demasiado lentos. La solución a este problema es reducir la potencia del láser y aumentar el caudal de gas.
Fig.5 Quemazón excesiva
2) La escoria adherida también se llama rebaba.
Una potencia láser insuficiente o una presión de gas auxiliar, o una velocidad de corte excesiva, hacen que el gas auxiliar no pueda eliminar eficazmente los materiales derretidos o vaporizados producidos durante el proceso de corte, lo que provoca que la escoria se adhiera al borde inferior de la superficie de corte.
Fig.6 Escoria adherente
4.2. Factores para evaluar la calidad del corte por láser.
La posición del foco del rayo láser tiene un impacto significativo en la calidad del corte. Es necesario ajustar diferentes posiciones de enfoque al cortar diferentes materiales.
En ocasiones la presencia de rebabas de corte no se debe a una presión inadecuada del gas auxiliar, sino a un enfoque demasiado alto. El impacto de la posición del foco del haz en la calidad del corte se muestra en la Figura 7.
Fig. 7 Influencia del foco del haz en el efecto de corte (acero al carbono: 15 mm, acero inoxidable: 8 mm)
4.3. Influencia de la velocidad de corte en la calidad del corte
1) La velocidad de corte es muy rápida
- Puede causar imposibilidad de corte debido a salpicaduras de chispas;
- Algunas áreas se pueden cortar, otras no;
- Toda la sección de corte es rugosa;
- Se forma un patrón de corte diagonal y se produce escoria en la parte inferior de la placa (Fig. 8).
Fig. 8 Efecto de una velocidad de corte muy rápida
2) La velocidad de corte es demasiado lenta
- Los resultados muestran que la placa de corte está cubierta y la sección de corte es rugosa;
- Cuando se ensancha la costura de corte, toda el área se derretirá en el pequeño filete o esquina afilada, lo que provocará una quema excesiva;
- Se reduce la eficiencia de corte.
4.4. Influencia de la boquilla en la calidad del corte por láser.
La posición del centro de la boquilla con respecto al centro del rayo láser afecta la calidad del corte. Cuando los centros están desalineados, el flujo de aire de alta velocidad de la boquilla puede hacer que se acumule material fundido en un lado, lo que genera escoria y dificulta el corte.
Es importante elegir un tamaño de boquilla adecuado.
Al cortar chapa gruesa se necesita una boquilla grande para adaptarse al gran diámetro del rayo láser. Sin embargo, una boquilla grande también tiene sus desventajas. La baja velocidad del flujo de aire y la capacidad debilitada para soplar material fundido pueden provocar la formación de rebabas en la sección de corte.
Además, el gran tamaño de la boquilla puede provocar que la escoria y el humo generados durante el corte por láser salpiquen la boquilla, dañando potencialmente la lente protectora. En el caso de las máquinas láser de alta potencia, el rayo láser reflejado puede incluso quemar el cabezal del láser.
4.5. Influencia de la calidad del aire comprimido en la calidad del corte por láser
La calidad del aire comprimido afecta en gran medida el resultado del corte por láser.
El aire comprimido a menudo contiene agua y niebla de aceite que, si no se limpian, pueden afectar gravemente la transmisión del rayo láser a través del espejo protector del cabezal de corte láser, provocando que pierda el enfoque, lo que resulta en cortes incompletos y desperdicio de producción.
En el caso de las máquinas de corte por láser de muy alta potencia, incluso la más mínima cantidad de película de aceite o niebla de agua en el espejo o en la superficie de la boquilla puede provocar una emisión de láser de alta energía que puede quemar el cabezal del láser.
El precio del cabezal láser para una máquina de corte por láser de muy alta potencia (más de 12.000 W) es superior a 20.000.
Sin embargo, muchos proveedores de compresores de aire no pueden eliminar eficazmente el aceite y la humedad del aire comprimido.
Como resultado, la mayoría de los usuarios de máquinas de corte por láser de potencia ultraalta se muestran reacios a utilizar aire comprimido como gas auxiliar debido a los riesgos potenciales.
Las Figuras 9 y 10 ilustran la diferencia entre lentes no contaminados y contaminados, respectivamente.
Fig.9 Lentes no contaminadas
Fig. 10 Lentes contaminadas
5. Los factores que afectan el espesor y la eficiencia del corte por láser de metales.
Es necesaria una consideración exhaustiva de la potencia del láser, el tipo de gas auxiliar, la presión y el caudal al seleccionar un compresor de aire para una máquina de corte por láser.
Esto se basa en los resultados de numerosas prácticas que demuestran que estos factores tienen un gran impacto en el espesor y la eficiencia del corte por láser de metales.
La influencia de la potencia del láser y la presión del gas auxiliar en la capacidad de corte por láser se muestra en la Fig. 9, según el experimento 4 de un estudio de investigación de corte por láser realizado por la Universidad de Tsinghua. La velocidad de corte fue de 3 m/min, con un diámetro de punto de 0,16 mm, una boquilla de forma cónica, un diámetro del fondo de la boquilla de 1,5 mm y una distancia de 1 mm entre la boquilla y la pieza de trabajo.
Fig. 11 Influencia de la potencia del láser y la presión del gas auxiliar en la capacidad de corte por láser
Como se muestra en la Figura 11 (a), se puede ver que para una placa de acero con bajo contenido de carbono de 2 mm de espesor, si la potencia del láser es inferior a 860 W, la pieza de trabajo no se puede cortar sin importar la presión del gas auxiliar. el nitrógeno aumenta. Esto ocurre porque la energía proporcionada por el láser no es suficiente para penetrar la pieza.
Por otro lado, si la potencia del láser es adecuada para penetrar la pieza de trabajo, cuanto mayor sea la potencia del láser, menor será la presión del gas auxiliar requerida.
En la Figura 11 (b), se puede ver que cuando se usa oxígeno para cortar el mismo espesor de una placa de acero con bajo contenido de carbono, la influencia de la energía del láser y la presión del gas auxiliar en la capacidad de corte es comparable al corte con nitrógeno. Sin embargo, la potencia del láser y la presión del gas auxiliar necesarias para el corte se reducen significativamente.
Esto ocurre porque el oxígeno reacciona con el hierro durante el proceso de corte, liberando aproximadamente cuatro veces la potencia del láser. Esta es la razón por la que las máquinas de corte por láser generales de potencia media tienden a preferir el corte con oxígeno al cortar placas de acero con bajo contenido de carbono de 2 mm o más de espesor.
Al cortar placas de acero al carbono con aire comprimido, hay aproximadamente un 20% de oxígeno en el aire. Esta porción de oxígeno también reacciona con el elemento hierro y libera calor durante el proceso de corte, lo que hace que la eficiencia de corte de láminas de acero al carbono con aire comprimido sea ligeramente mayor que con nitrógeno.
Además, la capacidad de corte de las máquinas de corte por láser varía entre los fabricantes debido a las diferencias en el láser y la tecnología, y esta publicación hace referencia a datos públicos de varios fabricantes representativos para comparar.
Tabla 2 Espesor máximo de corte de la máquina de corte por láser Han, mm
Usando láser de fibra IPG
| Material | 1000W | 1500W | 2.000W | 2500W | 3000W | 4000W |
| Acero bajo en carbono | 10 | 12 | dieciséis | 20 | 22 | 25 |
| Acero inoxidable | 4 | 5 | 6 | 8 | 12 | dieciséis |
| aleación de aluminio | 4 | 5 | 6 | 8 | 12 | dieciséis |
| aleación de cobre | dos | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 |
Tabla 3 Espesor máximo de corte de la máquina de corte por láser HG, mm
Láser de fibra serie Marvel
| Material | 3300W | 4200W | 6000W | 8.000W | 10.000W | 12.000W |
| Acero bajo en carbono | 20 | 20 | 22 | 25 | 25 | 25 |
| Acero inoxidable | 10 | 12 | 20 | 25 | 30 | 40 |
| aleación de aluminio | 10 | 12 | 20 | 25 | 30 | 30 |
| Latón | 6 | 8 | 12 | 14 | dieciséis | 20 |
Tabla 4 Espesor máximo de corte de la máquina de corte por láser Bystronic, mm
| Material | 500W | 1000W | 2.000W | 3000W |
| Acero bajo en carbono | 6 | 10 | dieciséis | 20 |
| Acero inoxidable | 3 | 5 | 8 | 10 |
| aleación de aluminio | dos | 3 | 5 | 8 |
| Latón | dos | 3 | 5 | 8 |
Debido a la reducción de los costos del láser, el costo total de las máquinas de corte por láser ha disminuido considerablemente. Actualmente, la mayoría de los usuarios de procesamiento de metales compran máquinas de corte por láser con una potencia de 3000 a 4000 W.
Sin embargo, un pequeño número de usuarios de procesamiento de metales en el mercado de materiales metálicos eligen principalmente máquinas de corte por láser de potencia ultraalta con una potencia de 12.000-15.000W.
Como resultado, el corte por láser normalmente se puede utilizar para placas de acero con bajo contenido de carbono con un espesor de menos de 22-25 mm, así como para placas de acero inoxidable, placas de aleación de aluminio y placas de aleación de cobre con un espesor de menos de 10 mm. 16 mm.
Entre ellos,
- La placa de acero con bajo contenido de carbono con un espesor inferior a 2-2,5 mm debe cortarse con aire comprimido a alta presión;
- La placa de acero con bajo contenido de carbono con un espesor de 2-2,5 mm debe cortarse con oxígeno;
- La placa de acero inoxidable, la placa galvanizada, la placa de aleación de aluminio y la placa de aleación de cobre deben cortarse con nitrógeno o aire comprimido a alta presión.
6. Selección del compresor de aire
6.1. Selección de presión y desplazamiento del compresor de aire
Según discusiones anteriores, el espesor del tablero que se puede cortar con una máquina de corte por láser equipada con un compresor de aire depende principalmente de la potencia del láser y no se ve afectado significativamente por la presión del aire comprimido.
Si la potencia del láser es suficiente, la presión del aire comprimido no afectará la capacidad de corte. Por otro lado, si la potencia del láser no es lo suficientemente fuerte, aumentar la presión del aire comprimido no mejorará el corte.
Sin embargo, si la potencia del láser es suficiente, una mayor presión de aire comprimido conduce a una mejor calidad del corte por láser y una mayor eficiencia de corte. El desarrollo de la potencia de las máquinas de corte por láser ha progresado de pequeña a media, alta e incluso superpotencia con el tiempo.
Los requisitos de presión de los compresores de aire que soportan las máquinas de corte por láser han evolucionado con el tiempo, comenzando en 8 bar, aumentando a 13 bar hace dos años y actualmente a 16 bar, con planes de alcanzar 20-30 bar en el futuro.
El aire comprimido, después de ser secado y purificado, se divide en tres canales para la máquina de corte por láser que lo utiliza como gas auxiliar: gas de corte, fuente de energía del cilindro y gas de eliminación de polvo de presión positiva en el camino óptico para asegurar un correcto funcionamiento.
El gas de corte representa aproximadamente el 80-90% del consumo total de aire comprimido. Las máquinas que no utilizan aire comprimido como gas auxiliar, sino nitrógeno u oxígeno, aún requieren un pequeño compresor de aire para proporcionar una fuente de energía al cilindro con una fuente de aire atmosférico de 6 a 7 bar.
Para determinar la cantidad necesaria de compresor de aire para máquinas de corte por láser que utilizan aire comprimido como gas auxiliar, es necesario calcular el flujo de aire comprimido a través de la boquilla.
La presión absoluta del aire antes y después de la boquilla se representa como P y P0, respectivamente. Según la teoría de la boquilla, cuando P0/P es menor o igual a 0,528, se puede calcular el caudal de aire comprimido que pasa a través de la boquilla en el estado estándar.
Dónde,
- Q – flujo de aire, L/min
- S – área efectiva de la boquilla, m 2
- μ – coeficiente de flujo, μ <1, generalmente tomado como 0,92-0,94
- A – área del pico
- d – diámetro de la boquilla, m
- p – presión absoluta delante de la boquilla, Pa
- T – temperatura de estancamiento del gas delante de la boquilla, K
- p – presión absoluta delante de la boquilla, Pa
- T – temperatura de estancamiento del gas delante de la boquilla, K
El cálculo de la descarga del compresor de aire debe tener en cuenta el tiempo de recorrido libre de la máquina de corte por láser, siendo el tiempo de trabajo real entre el 50-70%. El desplazamiento real requerido, QN, se puede calcular de la siguiente manera:
Según la potencia de la máquina de corte por láser, las siete especificaciones comunes de boquillas son: 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 mm.
La Figura 12 muestra el caudal de gas auxiliar de las boquillas con diferentes presiones de corte.
Fig. 12 Caudal de gas auxiliar de boquillas con diferentes presiones de corte, m 3 /min
Ejemplo 1:
La máquina de corte por láser del usuario utiliza una boquilla de 2,0 mm y se espera que la presión de corte alcance una presión absoluta de 1,6 MPa.
¿Cómo debe equiparse un compresor de aire?
Responder:
Como se muestra en la Figura 12, se requiere un flujo de aire comprimido de 0,491 m 3 /min para que la boquilla de 2,0 mm mantenga una presión absoluta de 1,6 Mpa;
Si el tiempo real de desgasificación es del 70% y se utiliza el 90% del desplazamiento de aire del compresor para el cálculo del corte auxiliar, el volumen de gas requerido será: 0,491 * 0,7/0,9 = 0,382 m 3 /min, y el de dos compresores no es menor de 0,764 m 3 /min.
La capacidad nominal de descarga de un compresor Baode11TK/16 es de 0,97 m 3 /min, que puede equiparse con dos máquinas de corte por láser con boquilla de 2,0 mm (una de ellas accionada dos veces), o una máquina de corte por láser con boquilla de 2,5 mm.
Ejemplo 2:
¿Cómo se puede equipar un compresor de aire integrado de corte por láser Baode15TK/16 con una máquina de corte por láser?
Responder:
La capacidad de descarga nominal del compresor Baode15TK/16 es de 1,27 m 3 /min, que se puede convertir en: 1,27 * 0,9/0,7 = 1,633 m 3 /min
12, un compresor de aire integrado Baode15TK/16 para corte por láser puede equiparse con una máquina de corte por láser equipada con una boquilla de 3,5 mm o dos máquinas de corte por láser con una boquilla de 2,5 mm (una accionada por dos).
6.2. Selección del tipo y sistema de compresor de aire.
La calidad del aire comprimido tiene un impacto directo en la calidad del corte por láser y, dado que la máquina de corte por láser normalmente funciona de forma continua, el compresor de aire suele estar ubicado cerca de ella.
Como resultado, el compresor de aire debe estar equipado con un secador eficaz para eliminar la mayor cantidad de humedad posible del aire comprimido, seguido de un grupo de filtros de alta precisión con suficiente precisión para filtrar completamente el aceite y las partículas de polvo.
Una vez finalizado el postratamiento, el punto de rocío bajo presión de aire comprimido alcanza 2-5°C, con un contenido de aceite residual inferior a 0,001 ppm y un contenido de partículas inferior a 0,01 μM.
Después de que el aire se seca, su temperatura vuelve a un nivel cercano al normal, lo que ayuda a prevenir eficazmente la recurrencia de la condensación.
Este aire comprimido de alta calidad puede mantener el funcionamiento estable a largo plazo de la máquina de corte por láser y elimina la necesidad de una limpieza frecuente de las lentes protectoras.
El compresor de aire de pistón es capaz de producir alta presión, pero es conocido por su ruido, numerosas piezas vulnerables y mal manejo del aceite de escape.
Por lo tanto, no se recomienda utilizar un compresor de aire de pistón para presiones inferiores a 1,6 Mpa.
Generalmente se recomienda elegir un compresor de aire de tipo tornillo con un secador en frío adecuado y un filtro de precisión para presiones inferiores a 1,6 Mpa.
El compresor debe estar equipado con un motor de frecuencia variable de imán permanente, que mantiene la estabilidad en la presión del suministro de aire y garantiza resultados de corte óptimos.
La mayoría de los usuarios no tienen conocimientos sobre compresores de aire y tratamiento de purificación de aire comprimido. Si los usuarios compran el compresor de aire, el tanque de almacenamiento de aire, el secador frío y el filtro individualmente e intentan instalarlos ellos mismos, puede llevar mucho tiempo y dar como resultado un sistema que no cumple con los estándares de calidad del aire comprimido requerido.
Un compresor de aire integrado combina el compresor, el tanque de almacenamiento de aire, el separador de agua, el secador en frío y el filtro en una sola unidad, lo que elimina la necesidad de que los usuarios suministren su propio tanque de gasolina, secador en frío y filtro, así como la molestia de llamar. instalación y conexión in situ y la incomodidad de tratar con múltiples proveedores de servicios.
Ofrece aire comprimido continuo, estable y limpio, lo que lo convierte en una opción ideal para soportar máquinas de corte por láser de alta potencia.
Fig. 13 Compresor de aire integrado para máquina de corte por láser
Actualmente, las máquinas de corte por láser que requieren aire comprimido con una presión superior a 1,6 Mpa utilizan principalmente compresores de pistón, pero su desarrollo ha sido lento debido a limitaciones en términos de confiabilidad y calidad.
A medida que se generaliza el uso de máquinas de corte por láser de alta potencia, aumenta la demanda de corte de placas gruesas.
Es necesario desarrollar un compresor de aire de tornillo de alta presión y flujo pequeño con una presión de descarga nominal ≥ 2,0 Mpa.
7. Problemas que requieren atención
7.1 Acerca de – consideración del costo de compra
Al comprar un compresor de aire para corte por láser, considerar solo el costo de compra puede resultar en la compra de un producto de calidad inferior.
Los proveedores también necesitan obtener ganancias, y si venden un sistema de compresor de aire comprimido de alta calidad al precio más bajo del mercado, no obtendrán ganancias.
Por el bien de su negocio y sus ganancias, pueden comprometer la calidad utilizando componentes más baratos y de menor calidad.
Por ejemplo, para competir y aumentar las ganancias, ahora se encuentran disponibles en el mercado algunos secadores de enfriamiento con un caudal de tratamiento nominal de 1 m3 /min, pero ninguno de ellos puede alcanzar la temperatura del punto de rocío a presión nominal de 2-8 ℃, con la presión real. Puntos de rocío superiores a 12-16 ℃.
Si una máquina de corte por láser utiliza este secador de enfriamiento, será necesario limpiar la lente protectora varias veces al día y la calidad del corte por láser se verá afectada.
Asimismo, el núcleo de separación de petróleo y gas y su filtro de precisión de valor añadido no son baratos.
7.2 Psicología codiciosa
Al elegir un compresor de aire para corte por láser, los usuarios pueden inclinarse por elegir un compresor con una cilindrada mayor de la que realmente necesitan, y el personal de ventas también puede intentar venderles un compresor más grande.
Sin embargo, si el desplazamiento es significativamente mayor que la demanda real, incluso con la regulación de conversión de frecuencia, el compresor aún puede funcionar a baja frecuencia y suministrar una cantidad excesiva de aire, lo que hace que la máquina entre en un estado de apagado.
Para mantener una presión de aire estable, el compresor tendrá que reiniciar su funcionamiento cuando se necesite aire, lo que generará frecuentes ciclos de “arranque-marcha-suspensión-arranque-marcha-suspensión”, que pueden acortar la vida útil del compresor y aumentar el contenido de aceite en el escape.
En los casos en que el compresor sea muy grande, puede ser necesario modificar los parámetros del controlador para reducir la frecuencia de arranque y parada automática, como aumentar el retraso sin carga de 10 segundos a 180 segundos.
7.3 Buenos hábitos operativos
Si el compresor de aire se enciende antes que el secador en frío, es posible que el aire de escape no alcance el punto de rocío a presión requerido durante un período prolongado. Si la máquina de corte por láser se utiliza en este estado, existe el riesgo de que el agua del aire comprimido se condense en las lentes protectoras del cabezal de corte por láser.
El procedimiento operativo adecuado es arrancar en frío la secadora primero y luego arrancar el compresor de aire cuando la temperatura del refrigerante baje a aproximadamente 5°C.
7.4 Configuración de la temperatura de funcionamiento
El compresor de aire general con una presión de escape de 7-8 bar funciona a una temperatura que no supera los 90°C en condiciones normales. El fabricante suele establecer la temperatura de escape entre 78 y 85 °C.
Sin embargo, para compresores de aire con una presión de escape superior a 1,6 MPa, mantener una temperatura de escape tan baja puede resultar problemático cuando se utiliza en una máquina de corte por láser.
Durante el verano, el compresor de aire de alta presión funciona a una temperatura de escape de alrededor de 80°C, lo que facilita la separación del agua y la emulsificación del aceite lubricante, provocando un fuerte aumento en el contenido de aceite en el escape.
Esto puede provocar un rendimiento de corte deficiente o incluso dañar la lente de enfoque. La temperatura de escape se debe ajustar según la ubicación y la temporada, como se muestra en la Figura 14.
Fig. 14 Punto de rocío a presión de aire saturado
7.5 presta atención al mantenimiento diario
1) Antes de comenzar a trabajar todos los días, es necesario drenar el condensado del tanque de aire y verificar si hay manchas de aceite en el agua condensada.
2) La condición del retorno de aceite desde el tubo de retorno de aceite del separador de gas y petróleo al motor principal del compresor debe monitorearse a través de la mirilla (Figura 15) para determinar si el contenido de aceite en los gases de escape es alto o bajo y si el lubricante Es necesario reemplazar el aceite o el núcleo de separación de aceite.
El. A través de la mirilla se puede ver un flujo de aire a alta velocidad que transporta una pequeña cantidad de aceite lubricante; esto se considera normal;
B. La mirilla está llena de aceite lubricante y se mueve lentamente; esto indica una obstrucción en la tubería y debe limpiarse;
w. El flujo de aire a alta velocidad que transporta una cantidad significativa de aceite lubricante es visible a través de la mirilla; esto sugiere que el efecto de separación de aceite es débil, lo que resulta en un alto contenido de aceite en los gases de escape y requiere atención inmediata.
Fig. 15 Mirilla de retorno de aceite
3) Reemplace el elemento filtrante del filtro de precisión dentro del período especificado por el fabricante.
4) Reemplace el elemento del filtro de aire, el separador de aceite, el filtro de aceite y el aceite lubricante dentro del tiempo especificado por el fabricante.
Conclusión: El aire comprimido se utiliza ampliamente como gas de apoyo en las máquinas de corte por láser. Puede usarse en lugar de oxígeno para cortar láminas de acero al carbono y nitrógeno para cortar acero inoxidable, láminas galvanizadas, aleaciones de aluminio y aleaciones de cobre. La selección y el uso adecuados de un compresor de aire no solo garantizan la calidad del corte por láser, sino que también proporcionan una buena eficiencia de corte y importantes ahorros de costos.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas específicas de utilizar un compresor de aire de tornillo en una máquina de corte por láser?
El uso de un compresor de aire de tornillo como dispositivo auxiliar para una máquina de corte por láser tiene las siguientes ventajas y desventajas específicas:
Beneficios:
- Salida de presión de aire estable: el compresor de aire de tipo tornillo puede suministrar gas estable a alta presión, lo cual es crucial para soplar y enfriar el área de corte durante el proceso de corte por láser, lo que ayuda a lograr el mejor efecto de corte.
- Operación eficiente: el compresor de aire de tornillo dedicado puede producir directamente aire comprimido de alta calidad, lo que garantiza el funcionamiento eficiente de la máquina de corte por láser.
- Ahorro de energía y reducción del consumo: el uso de un ventilador de refrigeración controlado por frecuencia variable puede reducir el ruido y ahorrar energía.
Desventajas:
- Limitación de la presión de salida: aunque el compresor de aire de tornillo es robusto, duradero y fácil de mantener, su presión de salida puede ser algo limitada, lo que potencialmente puede afectar la calidad y eficiencia del corte por láser.
- Cuestiones de costos: a largo plazo, a pesar de una inversión inicial relativamente alta, teniendo en cuenta su estabilidad y características de ahorro de energía, el costo operativo a largo plazo puede disminuir. Sin embargo, para algunas pequeñas empresas o empresas con presupuestos iniciales limitados, el costo de inversión inicialmente mayor puede ser un factor a considerar.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de los dispositivos de posprocesamiento (como filtros de tubería, secadores refrigerados) del compresor de aire utilizado por la máquina de corte por láser y sus efectos sobre la calidad del corte por láser?
Los dispositivos de posprocesamiento del compresor de aire utilizados por la máquina de corte por láser incluyen principalmente filtros de tuberías y secadores refrigerados. Los principios de funcionamiento de estos dispositivos y sus efectos sobre la calidad del corte por láser son los siguientes:
Filtro de tubería:
Su función principal es eliminar el polvo, impurezas y otros contaminantes del aire comprimido. En el proceso de corte por láser, el aire comprimido sirve como fuente crucial de gas protector, fuente de energía y soplado de polvo. Si el aire comprimido contiene una gran cantidad de película de aceite o polvo, afectará directamente la calidad y eficiencia del corte por láser. Por lo tanto, la instalación de filtros de agua y neblina de aceite es esencial para garantizar que el aire que ingresa al secador frigorífico esté limpio, con un rango de precisión típico de 3~25μm.
Secadora refrigerada:
El secador frigorífico utiliza una tecnología que data de hace más de 100 años, eliminando la humedad bajando la temperatura del aire comprimido, mejorando así la sequedad del aire comprimido. Esta tecnología puede reducir eficazmente el contenido de humedad en el aire comprimido, pero su efecto puede variar según la ubicación geográfica, lo que requiere la selección de un tipo de secador apropiado (como un secador de adsorción o un secador refrigerado) según las condiciones reales. La elección de un secador frigorífico es crucial para la calidad de su corte por láser, ya que la humedad en el aire comprimido puede hacer que el láser se difunda, afectando así la capacidad y eficiencia del corte.
