Azot, tlen czy powietrze? Koszty gazu w procesie cięcia laserem
Pixabay – jarmolukJedną z najwyższych pozycji na liście kosztów eksploatacyjnych, które wiążą się z pracą wycinarki laserowej, zajmują gazy procesowe użyte w procesie cięcia. Obecnie najczęściej laserem tnie się za pomocą azotu lub tlenu, choć na popularności zyskuje również cięcie z wykorzystaniem powietrza. Warto rozważyć wszystkie dostępne możliwości, ponieważ zależnie od tego, jaką technologię cięcia wybierzemy, znacząco mogą się różnić koszty.
Każda z dostępnych obecnie opcji (cięcie azotem, tlenem, powietrzem lub mieszanką gazów) ma zalety i wady. Istotne – w kontekście wyboru gazu procesowego – będzie przede wszystkim, co tniemy i jakie mamy oczekiwania co do wydajności procesu cięcia.
Zalety i wady stosowania azotu i tlenu do cięcia laserem
Azotu najczęściej używa się do cięcia stali nierdzewnych, aluminium i stali czarnych do grubości w milimetrach, która odpowiada mocy lasera w kilowatach (tzw. reguła kW/mm). Powyżej tej grubości cięcie azotem staje się mniej opłacalne i zaleca się stosowanie tlenu.
Przy cięciu w azocie cała energia, która jest niezbędna do stopienia materiału w szczelinie, pochodzi z lasera. Natomiast przy cięciu w tlenie proces utleniania metali dostarcza dodatkowej energii, dlatego w tlenie można ciąć znacznie grubsze materiały. Przykładowo: laserem o mocy 8 kW można ciąć blachę czarną w azocie do 8 mm, natomiast w tlenie – nawet do 30 mm. Zasadne jest więc pytanie, dlaczego w ogóle do cięcia laserem używa się azotu? Jest kilka powodów.
Przede wszystkim cięcie w azocie jest znacznie szybsze niż cięcie w tlenie (przy cieńszych blachach różnica ta może być nawet 5-krotna). Nie ma jednak róży bez kolców, a w tym przypadku kolcami jest zużycie azotu.
Cięcie laserem w azocie odbywa się przy stosunkowo dużym ciśnieniu (ok. 15 barów), podczas gdy przy tlenie ciśnienie jest rzędu zaledwie 0,5 bara, co już daje 30-krotną różnicę. Ponadto przy cięciu w azocie szczególnie grubszych blach wymagana jest nawet 2 razy większa średnica dyszy, czyli jej pole przekroju rośnie 4-krotnie, a więc 4-krotnie rośnie także przepływ. Jeśli uwzględnimy większą dyszę i większe ciśnienie, okazuje się, że w analogicznym procesie cięcia zużycie azotu może być nawet 120 razy większe.
To oczywiście wręcz szokująca różnica. Większa wydajność cięcia azotem cieńszych blach (która sprowadza się do tego, że w tym samym czasie wytniemy znacznie więcej detali) rekompensuje jednak większy koszt gazu. Dopiero po przekroczeniu określonej grubości blachy prędkość cięcia spada na tyle, że cięcie w azocie staje się nieopłacalne i korzystniej jest ciąć w tlenie (zgodnie z regułą kW/mm).
Cięcie w azocie ma jednak jeszcze jedną istotną zaletę. Otóż w czasie wycinania nie dochodzi do oksydacji powierzchni, która jest nieunikniona przy cięciu w tlenie. Warstwa tlenków żelaza jest luźno związana z krawędzią wyciętego elementu i do dalszych prac (np. spawalniczych czy lakierniczych) musi zostać usunięta – a to dodatkowy koszt i czas.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Ponieważ przeciętne zużycie tlenu przez wycinarki laserowe jest dużo niższe, azot najczęściej jest kupowany w postaci ciekłej i tankowany z cysterny do zbiornika. Natomiast tlen w zdecydowanej większości przypadków można kupować jako gaz sprężony w wiązkach na palecie.
A może mieszanki gazu lub powietrze do cięcia laserem?
W ostatnich latach na popularności zyskują również technologie cięcia mieszaninami gazów (azotu z tlenem), w których do azotu dodaje się ok. 2,5–5% tlenu. W niektórych przypadkach pozwala to nieco przekroczyć granicę, która wynika z reguły kW/mm, jednak oksydacja powierzchni w takim przypadku jest nieunikniona. Poza tym do najniższych nie należą koszty, ponieważ jednocześnie zużywa się azot i tlen.
Coraz popularniejsze staje się również cięcie powietrzem (które składa się w końcu głównie z azotu i tlenu, choć w nieco innych proporcjach). Co prawda nie unikniemy wówczas oksydacji, a i jakość cięcia w powietrzu jest trochę gorsza, jednak niedogodności te zrekompensują nam zdecydowanie niższe koszty.
I choć w przypadku cięcia powietrzem niezbędny będzie specjalny kompresor wysokociśnieniowy, to inwestycja w takie urządzenie może się zwrócić nawet w rok.
Wybór odpowiedniego gazu do cięcia laserem fiber ma duże znaczenie zarówno pod względem poziomu kosztów eksploatacyjnych, jak i wydajności procesu cięcia. Warto mieć tego świadomość, dlatego też wybór optymalnego rozwiązania zawsze powinna poprzedzać krótka analiza potencjalnych korzyści i kosztów.
O Autorze
