Maximizar la eficiencia: El aire como gas auxiliar en el corte por láser

Aplicación del aire como gas auxiliar en el corte por láser

El corte por láser es una tecnología que se ha adoptado ampliamente en diversas industrias desde sus inicios en la década de 1960. El uso del láser en el corte ha revolucionado el proceso de producción y ha permitido cortar materiales con gran precisión y eficacia.

Sin embargo, con la creciente popularidad del corte por láser, la competencia de precios entre empresas se ha hecho más intensa, lo que ha provocado una disminución de la rentabilidad de los equipos de corte por láser.

Para reducir el coste de corte por láser equipos, es necesario que las empresas se centren en mejorar sus procesos de producción y aumentar la eficiencia.

Una forma eficaz de hacerlo es utilizando aire como gas auxiliar en el proceso de corte por láser. El uso de aire como gas auxiliar puede reducir el coste del corte al disminuir el consumo de gases caros como el nitrógeno o el oxígeno.

Además, el aire está disponible fácilmente y no requiere ningún almacenamiento o manipulación especial, lo que lo convierte en una alternativa rentable.

En conclusión, el uso de aire como gas auxiliar en el corte por láser puede ayudar a las empresas a reducir sus costes de corte, mejorar la eficiencia y aumentar su competitividad en el mercado.

Esta estrategia puede aplicarse como parte de un esfuerzo más amplio para transformar y modernizar el proceso de producción y centrarse en actividades de mayor valor añadido, como la mejora de los procesos, la mejora de la eficiencia y la inversión en I+D.

Influencia de diferentes gases auxiliares en la calidad del corte

En primer lugar, examinemos la proceso de corte por láser:

El láser generado por el generador láser se enfoca a través de una lente y converge para formar un pequeño punto luminoso intenso. La distancia entre la lente y la placa se controla cuidadosamente para garantizar la estabilidad del punto láser en la dirección del grosor del material.

En este punto, la lente enfoca la luz en un punto con una alta densidad de potencia, que suele alcanzar los 106-109 W/cm2. El material absorbe la energía del punto de luz, lo que provoca su fusión instantánea, y el material fundido se retira mediante una corriente de gas auxiliar, completando así el proceso de corte.

A lo largo de todo el proceso de corte, el gas auxiliar cumple dos funciones principales: proporcionar la fuerza necesaria para el corte y eliminar el material fundido de la pieza.

En este proceso, los distintos tipos de gases tienen efectos diferentes sobre los materiales y las secciones:

(1) Oxígeno

Cuando se utiliza oxígeno como gas auxiliar, no sólo se elimina el metal fundido, sino que también se desencadena una reacción de oxidación que potencia la fusión del metal, lo que permite procesar materiales más gruesos. Esto mejora significativamente la potencia de procesamiento del láser.

Sin embargo, la presencia de oxígeno también provoca una oxidación significativa en la superficie de corte del material. Además, el oxígeno tiene un efecto de enfriamiento en el material que rodea la superficie de corte, lo que mejora su dureza y repercute positivamente en el procesamiento posterior.

(2) Nitrógeno

Como gas auxiliar, el nitrógeno crea una atmósfera protectora alrededor del metal fundido, evitando la oxidación y preservando la calidad de la superficie de corte. Sin embargo, el nitrógeno no tiene capacidad de oxidación para mejorar la transferencia de calor como el oxígeno, por lo que no mejora la capacidad de corte.

Además, el uso de nitrógeno como gas auxiliar conlleva un elevado consumo, lo que se traduce en un aumento de los costes de corte en comparación con otros gases.

(3) Aire

El aire, compuesto por 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno, puede utilizarse como gas auxiliar en el corte por láser. Sin embargo, la presencia de oxígeno en el aire provocará oxidación en la sección de corte, pero la gran cantidad de nitrógeno en el aire evitará la oxidación excesiva y mejorará la transferencia de calor.

Por lo tanto, el efecto de corte con aire es intermedio entre el corte con nitrógeno y el corte con oxígeno. La ventaja del corte con aire es su bajo coste, que se debe principalmente al consumo de energía del compresor de aire y al coste de los elementos filtrantes de la tubería de aire.

Efecto de diferentes gases auxiliares en el coste de corte

La FIG. 1 ilustra el efecto de la sección de corte de 1.5 mm de grosor Acero inoxidable 304 utilizando nitrógeno y aire como gas auxiliar. Como se observa en la figura, cuando se utiliza nitrógeno como gas auxiliar, la sección es brillante y luminosa, mientras que cuando se utiliza aire, la sección es de color amarillo pálido.

Comparación de los costes de corte de aire y nitrógeno como gases auxiliares para espesores de 1,5 mm. Acero inoxidable 304 se presenta en la Tabla 1. La comparación utiliza la última generación de láser de fibra máquinas de corte equipadas con generadores láser de fibra de desarrollo propio.

El análisis de costes revela que el uso de aire como gas auxiliar supone una disminución de 23,7% en los costes de corte por hora en comparación con el uso de nitrógeno. Esta reducción de los costes de corte puede tener un impacto significativo en la reducción de los costes generales de procesamiento de la fábrica.

Además, el consumo de energía del compresor de aire se analiza del siguiente modo:

Muchas empresas utilizan actualmente compresores de aire de tornillo no variables. Si se utiliza un compresor de aire de tornillo de frecuencia con imanes permanentes, puede suponer un ahorro de hasta 50% de electricidad solo en el compresor de aire.

Cuando se utiliza aire como gas auxiliar, el coste de corte es 36,2% inferior que cuando se utiliza nitrógeno.

Cuadro 1 Comparación de los costes de corte

ArtículoSUS304-1,5SUS304-1,5
Velocidad de procesamiento (mm/min)3500035000
Gas auxiliarAireNitrógeno
Presión del aire (Mpa)0.80.8
Caudal de gas auxiliar (NL/min)296.7296.7
Tiempo de procesamiento por metro (seg)1.71.7
Coste de la electricidad (yuanes/hora)14.67514.675
Coste eléctrico del compresor de aire (yuanes/hora)12.255.25
Coste del gas auxiliar (yuanes/hora)015.347
Subtotal (yuanes/hora)26.92535.272
Coste de la electricidad (yuanes/m)0.0120.012
Coste eléctrico del compresor de aire (yuanes/m)0.0060.002
Coste del gas auxiliar (yuanes/m)00.015
Total (yuanes/m)0.0180.029

Nota:

(1) El análisis de costes antes mencionado se calculó con los siguientes supuestos:

  • La relación de funcionamiento de la máquina-herramienta se supuso de 70%.
  • Se supuso que la carga eléctrica era de 1 yuan/KW.
  • El coste del nitrógeno se calculó sobre la base del precio del nitrógeno líquido a 1,5 yuanes/kg.

(2) El consumo de energía del compresor de aire al cortar con aire se calculó para un compresor de aire de tornillo no variable con una capacidad de 17,5 kW, una presión de 1,26 MPa y un caudal de 2,3 m.3/min.

(3) Cuando se utiliza nitrógeno como gas auxiliar para el corte, el compresor de aire sigue necesitando suministrar gas a la máquina, lo que se traduce en costes de electricidad.

La sección de corte con nitrógeno como gas auxiliar

(a) La sección de corte cuando el nitrógeno es el gas auxiliar

La sección de corte con aire como gas auxiliar

(b) La sección de corte cuando el aire es el gas auxiliar

Comparación en sección de dos partes (nitrógeno a la izquierda y aire a la derecha)

(c) Comparación en sección de dos partes (nitrógeno a la izquierda y aire a la derecha)

Fig.1 Efecto de la sección de corte al utilizar nitrógeno y aire como gas auxiliar

Ámbito de aplicación del aire como gas auxiliar

(1) Chapa de acero al carbono /Chapa de acero Q235

Cuando el grosor de la placa es superior a 1,5 mm, se genera una cierta cantidad de rebabas en la sección de corte. Sin embargo, las rebabas no son lo suficientemente afiladas como para rayar el papel.

El espesor máximo que se puede cortar con aire como gas auxiliar varía en función de la potencia y de tipo de láser generador.

(2) Placa de acero inoxidable /Placa de acero US304

La sección de corte produce una capa de óxido amarillo.

(3) Placa de aluminio /placa A1050 & Placa de aleación de aluminio /placa A5052

En rebaba cortante se reducirá en comparación con el uso de nitrógeno como gas auxiliar.

La tabla 2 muestra el rango de corte cuando se utiliza aire como gas auxiliar para ambas máquinas de corte por láser de dióxido de carbono y corte por láser de fibra máquinas.

Tabla 2 El espesor máximo de la placa se corta cuando el aire se utiliza como gas auxiliar

Materiales Gas4KW CO2 Cortadora láser4KW Láser de fibra óptica Cortador
Chapa de acero Q235Aire3 mm3 mm
Oxígeno20 mm22 mm
Placa de acero SUS304Aire3 mm3 mm
Nitrógeno12 mm18 mm
Placa de aluminio A1050Aire6 mm2 mm
Nitrógeno6 mm8 mm
Placa de aleación de aluminio A5052Aire6 mm2 mm
Nitrógeno10 mm16 mm

Efecto del aire como gas auxiliar en el corte

(1) Para chapa de acero al carbono

Cuando se utiliza aire como gas auxiliar durante el corte, las secciones cortadas producirán rebabas más pequeñas, pero estas rebabas no son afiladas y pueden ser aceptables para piezas con requisitos bajos de rebabas.

(2) Para chapa de acero inoxidable

Cuando se utiliza aire como gas auxiliar durante el corte, el material sufrirá oxidación, lo que provocará defectos como escoria y estoma en la sección de soldadura, lo que repercutirá negativamente en la calidad del cordón de soldadura y disminuirá la resistencia del junta de soldadura.

Por lo tanto, es necesario eliminar la capa de óxido de la sección de soldadura mediante pulido para mejorar la calidad de soldadura después del corte con aire como gas auxiliar.

Además, la sección cortada desarrollará una capa de óxido amarillo, que puede ser problemática para las piezas exteriores. Esta capa de óxido también afecta a la proceso de soldaduray es necesario pulirla antes de soldarla.

(3) Para chapa de aluminio y chapa de aleación de aluminio

El uso de aire como gas auxiliar puede reducir el tamaño de la rebaba de corte, mientras que el uso de nitrógeno dará lugar a rebabas de corte más grandes.

Requisitos del dispositivo de suministro de aire cuando se utiliza aire como gas auxiliar

Cuando se utiliza aire como gas auxiliar, se requiere una presión de 0,9MPa. Para cumplir este requisito, se recomienda utilizar un compresor de aire de tornillo con una presión de trabajo nominal de 1,26 MPa y un caudal de 2,3 m3/min.

Es importante garantizar la calidad del aire comprimido, con un índice de secado de 99% y un contenido de humedad inferior a 1/100. Para conseguirlo, es necesario utilizar elementos filtrantes de alta calidad en la tubería de aire comprimido y sustituirlos periódicamente.

Para elegir un secador, existen dos opciones: un secador de adsorción regenerativa y un liofilizador. Aunque ambos tienen sus propias características, se recomienda elegir el secador de adsorción regenerativa por su estabilidad, facilidad de mantenimiento y uso a largo plazo.

Al seleccionar el diámetro de la tubería de aire comprimido y el manorreductor, es importante tener en cuenta el caudal y la presión de salida del compresor para mantener una presión estable al utilizar aire comprimido.

Cabe señalar que los imanes permanentes convertidor de frecuencia que pueden ahorrar hasta 50% de electricidad en comparación con los compresores de tornillo de velocidad no variable.

Conclusión

En el entorno industrial actual, altamente competitivo, las empresas pueden obtener una ventaja competitiva mejorando sus procesos de producción, aumentando el nivel de diseño de sus productos y por otros medios.

Otra forma eficaz de lograr una ventaja competitiva es reducir los costes de transformación dentro del proceso existente.

Al utilizar aire como gas auxiliar para materiales de corteCon este programa, las empresas pueden reducir sus costes de recorte y aumentar sus beneficios, apoyando sus esfuerzos de transformación y modernización.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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