O corte a laser envolve o uso de um feixe de laser de alta densidade de potência para concentrar a luz em um pequeno ponto, aquecendo rapidamente o material até atingir seu ponto de ebulição e vaporizar para formar uma cavidade. O feixe de laser então se move ao longo da superfície do material, criando um corte e completando o processamento do objeto.
O corte a laser é um tipo de método de corte térmico, que pode ser dividido em quatro categorias: corte por gaseificação a laser, corte por fusão a laser, corte por fusão assistido por oxigênio a laser e corte por fratura controlada.
Princípio de funcionamento do corte a laser
Comparado a outros métodos de corte, o corte a laser se destaca pela rápida velocidade de corte e resultados de alta qualidade.
Os benefícios do corte a laser incluem:
- Excelente qualidade de corte: O pequeno ponto de laser, a alta densidade de energia e a rápida velocidade de corte resultam em melhor qualidade de corte.
- Incisões finas e estreitas: As incisões feitas através do corte a gás a laser são finas e estreitas, com lados paralelos e boa perpendicularidade à superfície.
- Superfícies lisas e atraentes: As superfícies de corte são lisas e visualmente atraentes e, em alguns casos, podem ser usadas como etapa final de processamento sem a necessidade de usinagem adicional.
- Impacto mínimo nas propriedades do material: A largura da zona afetada pelo calor é pequena após o corte a laser, o que significa que as propriedades do material perto do corte dificilmente são afetadas. Além disso, há deformação mínima da peça, garantindo alta precisão de corte.
Uma comparação da velocidade de corte entre o corte a laser e outros métodos de corte para chapas de aço de baixo carbono é mostrada na tabela abaixo.
Comparação da velocidade de corte de vários métodos de corte:
| Método de corte | Corte a laser | Corte a plasma | Corte de oxiacetileno | Corte por jato de água |
| Velocidade de corte | Muito rápido | Rápido | Lento | Muito devagar |
- Alta velocidade de corte: por exemplo, um laser de 2.500 W pode cortar uma placa de aço carbono laminada a frio com 1 mm de espessura a uma velocidade de 16-19 metros por minuto.
- Corte sem contato: O corte a laser é um processo sem contato, o que significa que não há contato físico entre o bico e a peça, o que elimina a necessidade de se preocupar com o desgaste da ferramenta.
1. O corte a laser representa 39% do mercado de equipamentos a laser
O mercado de laser cresceu em 2020, mas a taxa de crescimento desacelerou em comparação com os dois anos anteriores. A receita de vendas de equipamentos a laser no mercado (incluindo importações) em todos os setores foi de 69,2 bilhões de yuans, o que representa um aumento anual de 5,17%.
Devido à tendência econômica global incerta, projeta-se que a receita total de vendas do mercado de equipamentos a laser da China será de 74,0 bilhões de yuans em 2021, com um aumento anual de 6,94%.
No mercado de equipamentos industriais a laser, o corte a laser é a aplicação mais utilizada, representando 39% do mercado. Marcação e soldagem vêm em segundo e terceiro lugar, respondendo por 19% e 12% do mercado, respectivamente.
2. Avançar em direção a alta potência, alta precisão e grande formato
Nos últimos anos, a tecnologia doméstica de máquinas de corte a laser experimentou avanços significativos e agora está caminhando para maior potência, maior precisão e capacidades de formato maior.
Em linha com o impulso da China no sentido da produção inteligente, o sector industrial está a passar por uma transformação do processamento tradicional para a produção de alta qualidade. Como resultado, espera-se que a escala de mercado do setor de corte a laser da China continue a sua trajetória de rápido crescimento.
3. Aplicação de ar comprimido em corte a laser
As máquinas de corte a laser são capazes de atender aos requisitos de corte de uma ampla variedade de materiais e formatos complexos. Juntamente com um laser de alta energia, também são necessários gases auxiliares para completar o processo de corte.
Os gases auxiliares comumente usados para corte a laser incluem oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e ar comprimido. O ar comprimido é a opção mais acessível e acessível em comparação com o oxigênio e o nitrogênio. É freqüentemente usado como gás auxiliar para corte a laser.
A qualidade do ar comprimido tem impacto direto na qualidade do corte a laser de metal. Fatores como tamanho e estabilidade da pressão do gás podem afetar o resultado do corte.
Ao selecionar o tamanho do compressor de ar usado para suportar a máquina de corte a laser, é importante levar em consideração o design da cabeça de corte a laser, a pressão do gás auxiliar necessária e o tamanho do bico para garantir a melhor combinação entre o compressor de ar e a máquina de corte a laser.
4. Comparação do corte a laser com diferentes gases auxiliares
Ao realizar o corte a laser, a escolha do gás de corte depende do tipo de material a ser cortado. A seleção do gás de corte e sua pressão podem impactar significativamente a qualidade do processo de corte a laser.
Os gases auxiliares mais comumente usados para corte a laser incluem oxigênio (O2), nitrogênio (N2), ar comprimido e, em alguns casos, argônio (Ar).
O gás de corte pode ser categorizado em gás de alta pressão e gás de baixa pressão com base em sua pressão.
As principais funções dos gases auxiliares de corte a laser incluem apoiar a combustão e a dissipação de calor, remover o resíduo fundido gerado durante o corte, evitar que o resíduo fundido volte para o bico e proteger a lente de foco.
A escolha do processo de corte a laser e do gás auxiliar depende do material a ser cortado e da potência da máquina de corte a laser.
A seguir está um resumo das características, usos e escopo de aplicação dos diferentes tipos de gases auxiliares:
(1) Oxigênio (O2)
O oxigênio é utilizado principalmente para cortar materiais de aço carbono. O calor gerado pela reação química entre o oxigênio e o ferro aumenta a fusão endotérmica do metal, melhorando assim a eficiência do corte e permitindo o corte de materiais mais espessos. Isto aumenta significativamente a capacidade de processamento das máquinas de corte a laser.
Porém, a presença de oxigênio resulta na formação de um filme de óxido na superfície de corte, causando um efeito de têmpera no material circundante e aumentando sua dureza. Isso pode afetar o processamento subsequente.
A superfície de corte das placas de aço carbono cortadas com oxigênio é normalmente preta ou amarela escura. Essas placas geralmente são cortadas com oxigênio de baixa pressão e depois perfuradas.
(2) Nnitrogênio(N2)
Quando o nitrogênio é utilizado como gás auxiliar no corte, ele cria uma atmosfera protetora ao redor do metal fundido, evitando a oxidação e evitando a formação de uma película de óxido. Isso resulta em um corte livre de oxidação.
No entanto, o nitrogênio não reage com o metal, levando à falta de calor de reação e à capacidade de corte mais fraca em comparação ao oxigênio. Além disso, o consumo de nitrogênio durante o corte com nitrogênio é várias vezes maior que o de oxigênio, resultando em custos de corte mais elevados.
Os benefícios do corte não oxidativo incluem soldagem direta, revestimento e forte resistência à corrosão. A superfície de corte é de cor branca.
O nitrogênio é normalmente usado para cortar aço inoxidável, placas galvanizadas, placas de alumínio e ligas de alumínio, latão e outros materiais. Podem ser usados métodos de perfuração de baixa pressão e corte de alta pressão.
O fluxo de gás tem um impacto significativo no corte durante o corte com nitrogênio. Para garantir um corte ideal, é importante manter um fluxo de gás suficiente e, ao mesmo tempo, garantir a pressão do gás de corte.
(3) Ar comprimido
O ar comprimido pode ser facilmente obtido e é muito mais barato que o oxigênio e o nitrogênio, pois pode ser fornecido diretamente por um compressor de ar.
Embora o ar contenha apenas cerca de 20% de oxigênio, levando a uma eficiência de corte inferior em comparação ao corte com oxigênio, sua capacidade de corte é semelhante à do nitrogênio e ligeiramente superior à do corte com nitrogênio.
A superfície de corte do corte a ar é amarela.
Quando não há exigência estrita quanto à cor da superfície do material cortado, o uso de ar comprimido para corte é a opção mais econômica e prática em comparação ao uso de nitrogênio.
(4) Argônio (Ar)
O argônio é um gás inerte comumente usado no corte a laser para evitar oxidação e nitrificação. Também pode ser utilizado em processos de soldagem. No entanto, deve-se notar que o custo do argônio é mais elevado em comparação com o nitrogênio, tornando-o menos econômico para aplicações típicas de corte a laser.
O corte com argônio é utilizado principalmente para cortar titânio e ligas de titânio, e a face final do corte produzido pelo corte com argônio é de cor branca.
Atualmente, o preço de mercado do nitrogênio líquido é de aproximadamente 1.400 yuans por tonelada. Ao usar nitrogênio líquido para corte a laser, são necessárias latas Dewar, com uma lata típica contendo 120 kg. O custo de 1kg de nitrogênio líquido é superior a 3 yuans.
Vamos calcular em 1.400 yuans/tonelada.
120×1,4=168 yuan, e a gravidade específica do nitrogênio no estado padrão é 1,25kg/m3então o uso máximo de nitrogênio líquido em um tanque Dewar é de cerca de 120/1,25=96Nm3que é convertido em custo de nitrogênio por nm: 168/96 = 1,75 yuan /Nm3.
Se um compressor de ar de marca nacional for usado para fornecer ar comprimido de 16 bar, fornecendo 1,27 m3 por minuto, a potência de entrada de carga total deste tipo de compressor de ar é de 13,4 kW.
Se a tarifa de eletricidade industrial for calculada em 1,0 yuan/kWh, o custo do ar por m3 é 13,4×1,0/ (1,27×60) =0,176 yuan/m3.
Se o consumo real de 0,5m3 gás por minuto e a máquina de corte a laser funciona 8 horas por dia, o custo diário economizado pelo uso do corte a ar em comparação com o corte com nitrogênio é: (1,75-0,176) x8x60x0,5 = 378 yuans.
Se a máquina de corte a laser funcionar 300 dias por ano, o custo do gás economizado em um ano será: 378 × 300 = 113.400 yuans.
Fica claro que utilizar ar comprimido em vez de nitrogênio para corte é uma opção mais econômica e prática. Nos últimos anos, a tecnologia de corte a laser passou por avanços significativos, com foco em alta potência, alta precisão e recursos de grande formato.
À medida que a China avança em direcção à produção inteligente, o sector industrial está a passar por uma transformação do processamento tradicional para a produção de alta qualidade.
Espera-se que o mercado de corte a laser na China continue seu rápido crescimento, oferecendo amplas oportunidades de mercado para compressores de ar a laser.
