1. Peligros del humo y el polvo en el mecanismo de corte por láser y extracción de humo
En los últimos años, la industria del corte por láser se ha desarrollado rápidamente y el poder de varios láseres se ha vuelto cada vez mayor.
Con la mejora continua del espesor y la velocidad del corte por láser, la cantidad de humo y polvo generado por unidad de tiempo está aumentando.
Si todavía se utiliza el sistema de eliminación de polvo original de la máquina de corte por láser, no podrá satisfacer las necesidades normales de eliminación de polvo y no podrá cumplir con las regulaciones gubernamentales e industriales correspondientes.
Para mejorar la calidad del producto y satisfacer las necesidades de los clientes, este artículo se centra en la investigación y optimización del sistema de eliminación de polvo para máquinas de corte por láser de 6 kW o más.
1.1 Peligros del corte por láser con humo y polvo
El humo y el polvo liberados durante el corte por láser de láminas de metal se pueden dividir en polvo y aerosoles, de los cuales el 97% tiene un diámetro inferior a 5,7 μm, lo que significa que la mayor parte del humo y el polvo pueden ser inhalados por el cuerpo humano.
Dependiendo del material de corte y del lugar, también se pueden producir otras sustancias nocivas.
Por ejemplo, si la superficie de la hoja contiene petróleo, producirá gases compuestos por hidrocarburos muy complejos; Si la superficie de la hoja tiene una película, el corte liberará compuestos lipídicos y olefínicos, acompañados de un olor notable.
Si el humo y el polvo producidos durante el corte por láser no se capturan y tratan de forma eficaz, dañarán la salud humana y el medio ambiente.
1.2 Mecanismo de escape de humos cortado por láser.
Durante el corte por láser de láminas de metal, se forma una presión negativa debajo de la superficie de corte al extraer aire a través de un ventilador, y el humo y el polvo producidos durante el corte se succionan.
Actualmente, la industria generalmente utiliza un método de partición múltiple. El área de corte efectiva se divide en múltiples zonas y la compuerta correspondiente se abre de acuerdo con la posición de corte real para lograr un mejor efecto de eliminación de polvo. Esto se muestra en la Figura 1.
Según la fórmula, el volumen de aire necesario para el colector de polvo es:
Yo p =K×3600(5H 2 +F x )V x (m 3 /h) (1)
Donde K es el coeficiente del margen de selección, que es ≥1,2; H es la distancia entre el puerto de succión real y la posición de corte, en metros; F x es el área de partición de la tolva de polvo, en metros cuadrados; V x es la velocidad del viento en la posición de corte, en metros por segundo.
De la ecuación (1), se puede ver que para las máquinas de corte por láser equipadas con colectores de polvo del mismo volumen de aire, cuanto más pequeña sea el área de partición de la tolva y más cerca esté el puerto de succión del corte, mayor será la velocidad del viento de eliminación de polvo. en la superficie de la mesa de trabajo y mejor será el efecto de eliminación de polvo.
A través de varios experimentos en diferentes láminas de metal y parámetros de corte, la velocidad del viento ideal para eliminar el polvo de la superficie de la placa de corte está entre 0,8 ~ 1,2 m/s. En este caso, el efecto de eliminación de polvo es bueno y la tasa de éxito en la captura de humo y polvo es superior al 95%. No se ve humo evidente a simple vista o con los pulmones. Si la velocidad del viento de eliminación de polvo de la superficie de la placa de corte es inferior a 0,5 m/s, el efecto de eliminación de polvo será deficiente y habrá humo evidente al cortar placas de acero al carbono. Si la velocidad del viento para eliminar el polvo de la superficie de la tabla de cortar es superior a 1,2 m/s, el efecto de eliminación de polvo es bueno, pero también absorberá más chispas o escoria, lo que provocará daños al equipo de eliminación de polvo o incluso provocará incendios.
2. Optimización estructural del sistema de eliminación de polvo.
2.1 Reducción del área de partición del contenedor de polvo
De la fórmula anterior, es obvio que una forma de aumentar la velocidad del viento de eliminación de polvo en la posición de corte sin aumentar la potencia del recolector de polvo es reducir el área de partición del recipiente para el polvo.
Desde esta perspectiva, llevamos a cabo pruebas y experimentos comparativos prácticos. Cambiamos la máquina con el mismo alcance de corte de 5 particiones a 6 particiones. Después de la mejora, la longitud de la sección se mantuvo sin cambios en 2,07 m, mientras que el ancho de la sección se redujo de 0,85 m a 0,69 m, reduciendo el área divisoria en un 19 %, como se muestra en la Figura 2.
(a) Antes de la mejora (b) Después de la mejora
Según la prueba, bajo las mismas condiciones de volumen de aire, temperatura y posición de medición, la velocidad promedio del viento en la superficie de la mesa de trabajo antes de la mejora era de 0,63 m/s, y después de la mejora, la velocidad promedio del viento aumentó a 0,75 m/s, lo que representa un aumento de alrededor del 19%.
Por lo tanto, reducir el área de partición puede aumentar directamente la velocidad del viento V x cuando el volumen de aire L p permanece igual.
Sin embargo, aumentar la partición de eliminación de polvo también tendrá algunas desventajas, como aumentar el número de compuertas de aire, lo que provocará más fugas de aire; un aumento en la cantidad de cilindros utilizados para controlar las compuertas de aire puede aumentar el costo y la posibilidad de fallas.
Por lo tanto, es necesario tomar decisiones basadas en el posicionamiento real del producto.
2.2 Reducir la distancia entre el puerto de succión y la superficie de corte
De la fórmula anterior, es obvio que la segunda forma de aumentar la velocidad del viento de eliminación de polvo en la posición de corte sin aumentar la potencia del recolector de polvo es reducir la distancia entre el puerto de succión y la superficie de corte.
En el caso de las máquinas de corte por láser, aumentar la altura del conducto de aire significa acortar la distancia entre el puerto de succión de la compuerta de aire y la mesa de trabajo.
También llevamos a cabo experimentos de prueba comparativos en las mismas condiciones de la partición de eliminación de polvo y del ventilador de eliminación de polvo. Los datos de prueba de velocidad promedio real correspondientes para tres veces el aumento de la altura del conducto de aire se muestran en la Tabla 1.
Como puede verse en la tabla, cuando el valor de H disminuye proporcionalmente, el V x aumenta continuamente. Sin embargo, debido a las limitaciones estructurales de la máquina de corte por láser, existen limitaciones para reducir el valor H.
Además, a medida que la altura del conducto de aire continúa aumentando, es necesario considerar un esquema de protección para evitar que el láser dañe el conducto de aire. El conducto de aire debe colocarse fuera de la zona de corte, especialmente para máquinas de alta potencia.
Tabla 1 – Registro de datos de prueba de velocidad del viento
| Cimientos | Opción 1 | opcion 2 | Opción 3 | |
| Superficie de la mesa de trabajo Velocidad media real del viento V x (EM -1 ) | 0,52 | 0,63 | 0,74 | 0,84 |
| Distancia desde la superficie de la mesa de trabajo al puerto de succión H/m | 0,60 | 0,50 | 0,40 | 0:30 |
| Pruebe el volumen de aire del ventilador L p (m 3 /h -3 ) | 6.000 | 6.000 | 6.000 | 6.000 |
2.3 Reducir la pérdida de presión del sistema de eliminación de polvo
Según la tabla de Moody, el coeficiente de amortiguación λ a lo largo del camino se puede determinar mediante el número de Reynolds Re y la relación ε/d (donde ε es la rugosidad absoluta de la pared del conducto de aire y d es el diámetro equivalente de la tubería).
Cuanto mayor es λ, mayor es la pérdida de presión a lo largo del camino.
Combinando con el flujo de aire real en el conducto de aire, se puede ver que cuanto mayor sea el diámetro equivalente d del conducto de aire, menor será λ y menor será el área de superficie s (con longitud y circunferencia de sección constantes c) , menor será la pérdida por fricción.
Por lo tanto, en términos de reducir la pérdida de presión a lo largo del camino, se deben preferir primero los tubos redondos, seguidos de los tubos cuadrados y luego los tubos rectangulares.
Como se muestra en la Tabla 2, bajo la misma área de sección transversal, el diámetro equivalente del tubo redondo es el más grande y el área de superficie dentro del tubo es la más pequeña.
Tabla 2 Diámetro equivalente y circunferencia seccional de tubo redondo, tubo cuadrado y tubo rectangular.
| Gasoductos | tubo circular (Φ.114) |
tubo cuadrado (100×100） |
tubo rectangular (150×67） |
| Diámetro equivalente d | 114 | 100 | 92 |
| Circunferencia seccional c | 354 | 400 | 434 |
Debido a las restricciones en la estructura de las máquinas de corte por láser, es difícil utilizar tubos circulares para estructuras de conductos de aire.
Generalmente, se utilizan tubos cuadrados y tubos rectangulares para el conducto de aire principal. Por ejemplo, se utilizan un tubo rectangular con un tamaño de 250×150 y un tubo cuadrado con un tamaño de 200×200.
El diámetro equivalente del tubo rectangular es de 0,19 m y el del tubo cuadrado es de 0,2 m. Las pruebas han demostrado que con un volumen de aire constante de 5000 m3/h y la longitud del conducto de aire, la pérdida de presión unitaria del tubo rectangular es de 34,86 Pa/m y la del tubo cuadrado es de 26,93 Pa/m, con una reducción de 23%.
El rango recomendado para la velocidad del viento dentro del conducto de aire de la máquina de corte por láser es de 15 a 18 m/s.
De acuerdo con la fórmula V=Q/S, se puede verificar si la selección de la sección del conducto de aire es razonable o no de acuerdo con el volumen de aire del colector de polvo y la velocidad del viento recomendada dentro del conducto.
Si la velocidad del viento dentro del conducto es demasiado baja, es probable que se acumule humo y polvo dentro del conducto; por otro lado, si la velocidad del viento dentro del conducto es demasiado alta, la pérdida de presión del sistema aumentará y la eficiencia de eliminación de polvo disminuirá.
Por lo tanto, al seleccionar un recolector de polvo, no solo se debe elegir un recolector de polvo que coincida con el volumen de aire, sino que también se debe considerar la pérdida de presión del sistema de eliminación de polvo de la máquina de corte por láser. La presión del viento de entrada del colector de polvo no debe ser menor que la pérdida de presión del sistema de eliminación de polvo de la máquina de corte por láser.
Es necesario seleccionar la curva de rendimiento del ventilador correspondiente proporcionada por el fabricante (ver Figura 3) para la selección, y no hacer generalizaciones basadas únicamente en la potencia del ventilador.
3. Resumen
(1) La velocidad de actualización del sistema de eliminación de polvo de las máquinas de corte por láser domésticas está muy por detrás de la velocidad de desarrollo de la potencia del láser. Los problemas de eliminación de polvo quedarán expuestos en máquinas de alta potencia.
(2) El efecto de eliminación de polvo de las máquinas de corte por láser también está relacionado con factores como los sellos de la tolva y la cantidad de curvas en los conductos de aire. Por lo tanto, incluso con el mismo sistema estructurado de eliminación de polvo, el efecto de eliminación de polvo de los productos producidos por diferentes fabricantes de máquinas de corte por láser puede variar mucho.
(3) La cantidad de humo y polvo generado por el corte por láser puede ser un problema que se ha ignorado. La cantidad de humo y polvo emitidos por el corte por láser depende de las características del material del propio metal, así como de la velocidad de corte y los parámetros de presión durante el procesamiento. Establecer parámetros de corte que minimicen las emisiones de humo y polvo para diferentes materiales también es una forma importante de mejorar el efecto de eliminación de polvo de las máquinas de corte por láser.
