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光纤激光切割的3种气体生成趋势
来源:天津乐发vll有限公司 | 作者:思秋金属制品 | 发布时间: 2011-04-07 | 2011 次浏览 | 分享到:
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气体生产的进步意味着晶圆厂的切割操作更高效、更实惠

当制造商最终购买了他们的第一台光纤激光器时,他们学到了两件事:与使用旧的 CO2 技术相比,他们将以更高的速度切割材料,并且他们将消耗更多的氮气。

在新光纤激光器的调查和采购过程中,后一点并未主导对话,但很快就会成为关注的焦点。简而言之,氮气消耗会变得非常昂贵,如果制造商想要确保其零件上的激光切割边缘无氧化物——粉末涂料应用和粘附的首选表面,他们真的别无选择。

需要是发明之母,制造商也不例外。制造商推动行业寻找更具成本效益的替代品,以替代他们在合同上有义务批量购买、杜瓦瓶甚至钢瓶的液氮。这导致了三种截然不同的激光气体趋势,它们有一个共同点:制造商对产生自己的气体表现出兴趣。

一,氮气的生成并使用

氮气生成并不是真正的新趋势,但它在过去五年中确实流行起来。该技术已经发展到更加可靠,从而消除了由于气体输送问题而导致激光器停机的巨大恐惧。

氮是我们呼吸的空气中最大的成分。它约占空气的 78%,其余为氧气(20.9%)、氩气(0.9%)、二氧化碳(0.03%)以及氢、氦、氖、氪和氙的微量元素。

氮气发生器通常依靠以下两种技术之一来产生纯氮气:

1,中空纤维膜。在这个机械过程中,气体流过光纤,氧气通过光纤中的孔隙向外渗透,而无法通过孔隙的氮分子则流向激光器。使用这种方法可以实现 95% 到 99.5% 的纯度水平,即百万分之 5,000 (PPM) 的氧气。(使用这种方法可以在每小时 2,500 标准立方英尺 [SCFH] 的流量下达到 99.9% 的纯度,但要达到 99.9% 以上需要大量能源,并且在许多应用中可能成本过高。)

2,变压吸附。这种空气分离方法可能是在金属制造环境中产生氮气的更常见方法。它依靠一个罐中的碳分子筛来捕获氧分子,从而使氮分子可以垂直穿过罐进入另一个罐。当第一个罐不能再吸收任何额外的氧气时,就会发生压力波动;第二个罐进入加压模式,第一个罐耗尽其收集的氧气。然后用氮气吹扫第一个罐,准备开始另一个分离循环。95% 至 99.999% 的纯度值,其中含有约 10 PPM 的氧气,以及高达 20,000 SCFH 的流速都是可能的。

现在,虽然氮气生产已经存在多年,但制造商多年来并未广泛采用。液氮输送是可靠的,坦率地说,许多商店对这项技术持怀疑态度。他们可能有权质疑第一代氮气发生器的性能,但在过去 10 年左右的时间里,该技术有了很大的改进。空气压缩机和氮气增压器要先进得多,数百个装置已经证明了发电机的可靠性,特别是当它们的尺寸适合金属制造商现在和将来的操作时。

这些不仅仅是设计为运行 10 小时以积累氮气储备以供白班使用的系统。事实是,这些储备型系统并不真正适合加工车间的现实,在这些加工车间的某些日子里,绿灯时间可能会过长,或者工作可能需要更高的流量或更高的压力输送,这会非常消耗储存的氮气。迅速地。如果使用储存的氮气,系统可能需要 10 个或更长时间的非活动时间来重新建立它。

这款氮气辅助气体发生器基于变压吸附技术,可产生标准纯度 99.5%,可选择高达 99.99%

当今的系统设计为每周 7 天 24 小时运行,并针对最苛刻的场景进行设计(参见图 1)。此外,氮气增压器用于帮助改变加压输送。

在许多情况下,空气压缩机和氮气增压泵的尺寸是为了在氮气生成系统的初始安装期间进行扩展而设计的。例如,如果制造商想要在同一个氮气系统中添加第二台激光器,需要更多 SCFH 来处理更厚的材料,或者用新的高功率光纤激光器更换旧机器,则车间可能需要从3,000-SCFH 系统到两倍大小的系统。为此,它可以简单地添加另一个氮气发生器模块。

如果安装比当前所需的空气压缩机更大的空气压缩机听起来有点浪费,请再想一想。额外的压缩空气容量可用于运行除尘器甚至材料处理设备。当需要使用氮气发生器的所有压缩空气容量进行光纤激光切割时,制造商可以购买较小的空气压缩机,用于激光切割以外的其他应用。

二,干空气辅助系统的使用

在过去的两年中,人们对干燥空气辅助系统的兴趣真正起飞了,因为当他们不需要用作激光切割辅助气体的氮气提供明亮闪亮的切割边缘时,它们为金属制造商提供了替代的气体生成选项. 他们无需额外费用即可获得切割性能(参见图 2)。

像这样的干燥空气辅助系统能够在 -40 度及以下的压力露点下提供 6 到 100 标准立方英尺/分钟的流量。使用这种类型的压缩空气进行切割可以产生对焊接和油漆友好的表面,就像使用氮气切割一样。

例如,干燥空气辅助系统的压缩机大约是制氮系统压缩机尺寸的一半,这不仅可以节省初始投资,还可以节省持续的运营费用。同时,它可以具有与氮气系统相同的增压压缩机,使其能够提供相似的流量。

金属制造商可能认为,对于要焊接或涂漆的材料来说,仅含约 80% 的氮气的空气会很糟糕,但这不一定是真的。在大多数情况下,干燥空气辅助系统可以产生辅助气体,从而产生可焊接、可涂漆的激光切割边缘。油漆附着力测试和盐雾测试已经证明了这一点。

切割厚度超过 1/8 英寸的材料时尤其如此。水分必须从压缩空气流中排出,这不仅是为了提高速度,而且是为了让切割边缘能够接受下游应用,例如喷漆。这就是不应该将简单的车间空气用于这些应用的原因之一:它太“湿”了。将压缩空气通过广泛的干燥介质使其成形为合适的激光切割辅助气体。

乐发有限公司已经用更厚的材料证明了这一概念,越来越多的制造商对这些干燥空气辅助系统表现出兴趣。还应该注意的是,工厂车间可以升级到这种类型的系统,而不会影响他们与散装气体供应商的现有合同,因为车间多年来一直使用压缩空气进行切割。

激光切割加工

三,混合气体的使用

混合气体以达到某种结果在金属制造中并不是什么新鲜事。多年来,焊工已将不同的气体混合物用于不同的应用。现在,这个概念引起了更多金属制造商的注意,他们希望从光纤激光器中获得更多收益。

以专有方式组合气体的混合系统包括一个氮气发生器和一个干燥空气辅助系统,该发生器产生的氮气纯度高于标准系统通常可用的纯度水平。然后,专有设备设置以特定比例混合气体,以提供可提高典型光纤激光切割性能的辅助气体。在某些应用中,这些混合系统有助于将低碳钢的激光切割速度提高 40%,并消除了 1 英寸激光切割的熔渣。铝在其他。

这些系统还提供了一定程度的灵活性——金属制造商可以选择仅使用氮气发生器产生的氮气或仅使用干燥空气辅助系统产生的干燥空气进行切割。所有的基地都被覆盖了。


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