Выбор газа играет определяющее значение при резке металла. Различные газы обладают как преимуществами, так и недостатками. В материале статьи попробуем найти ответы на вопросы: «Действительно ли воздух является бесплатным?», «Стоит ли азот своей цены?», «Как найти оптимальный вариант?».
О газах
Газом принято считать искусственную смесь химических элементов, распылённых в воздушной среде. Газообразный азот – это газ без цвета и запаха, при нормальной температуре он вступает в реакцию только с литием, образуя нитрид. Это важное качество, используемое при лазерной резке металла. Кислород используется в тех случаях, если необходимо обеспечить минимальное разбрызгивание. Однако, он обладает высокой взрывоопасностью. Воздух также является газом, состоящим из азота и кислорода. Объёмное содержание ориентировочно 4 к 1.
В процессе работы лазерной головки любого типа, включая оптоволоконный, в зону резки необходимо подавать газ. Подача выполняется через сопло. Газ удаляет продукты горения и обеспечивает чистую, беспрепятственную обработку металла лучом.
Азот
Азот, как и кислород, может подводиться к станку несколькими способами. Наиболее распространённый – баллон, оборудованный редуктором для регулировки рабочего давления. Подача газообразной среды к соплу выполняется с помощью герметичного резинового шланга.
Воздух
Сжатый воздух вырабатывается одно- или многоступенчатым компрессором, сжимается и поступает к оборудованию. Воздух в компрессор поступает через всасывающий фильтр и клапан из окружающей среды. Система фильтрации компрессора удаляет механические примеси и частицы, а влагоотделитель или адсорбер очищают воздух от воды и масла. С помощью воздуха выполняют резку заготовок, толщина которых не превышает 3 мм.
Применение воздушной смеси предъявляет высокие требования к техническому состоянию компрессорного агрегата. Если система осушки и очистки выйдет из строя, механические частицы осядут на защитном стекле лазерной головки и быстро станут причиной выхода оборудования из строя.
На некоторых моделях станков воздух является рабочей средой, обеспечивающей работу пневматических систем. В таком случае, контуры подачи газа к лазерной головке и воздушные магистрали системы управления должны быть разделены. Как правило, производители станков для лазерной резки металла устанавливают редукционные и обратные клапана, фильтры дополнительной очистки. Самостоятельная доработка станка не требуется.
Что выбрать: кислород или азот?
Резка кислородом считается экономичной и дешёвой. Азот стоит на порядок выше. Но его можно приобрести далеко не во всех регионах. Особенно, это касается небольших городов. Азотом можно обрабатывать почти все сплавы металлов, за исключением чёрных. Газ используется в тех случаях, если необходимо сохранить первоначальные характеристики сплава: твёрдость, упругость, плотность.
Кислородом нельзя обрабатывать нержавеющие стали. Газ провоцирует «горение» металла, т.к. является катализатором. Высокая температура приводит к окислению поверхности, т.е., по сути, к коррозии.
Азот – это инертный и негорючий газ. Он, в отличие от кислорода, препятствует окислению и удаляет все продукты горения из зоны резки. Азот можно использовать и для резки чёрных металлов, но себестоимость работ существенно возрастёт. Важная деталь: с помощью азота нельзя обрабатывать титановые сплавы. Металл быстро вступает в поверхностную реакцию и начинает крошиться, при этом утрачиваются его физико-механические свойства. Обработка титана выполняется с помощью аргона.
Как давление газа влияет на резку металла?
Станки для лазерной резки металла имею два входа для подключения подачи газа. К первому подсоединяется нерегулируемая магистраль для подачи воздуха или азота, ко второму – кислородный трубопровод с редуктором. Нерегулируемый тракт соединяется с лазерной головкой. Давление в нём зависит от давления в газовом баллоне.
Кислородная магистраль требует точных настроек по давлению. Обычно, на ней устанавливаются регуляторы давления SMC японского производства. Редукторы взаимодействуют с операционной системой станка и позволяют выставить точное значение прямо из программы управления.
Начальный этап лазерной резки металла – это пробивка. Давление на момент пробоя должно быть не менее 2,0 атм. В процессе резки давление газа поддерживается на уровне 5-6 атм. Станок автоматически компенсирует перепады, обеспечивая стабильность процесса обработки.
Нельзя пробивать металл рабочим давлением. Кислород спровоцирует локальное горение и вызовет расплавленные брызги. С азотом необходимость контроля давления отпадает, т.к. он не является катализатором. Пробивку и резку можно выполнять при одном и том же давлении.
Роль регулятора давления газа
Рабочее давление регулятора газа ограничено. При подаче более 10 атм устройство будет просто спускать избыток газа, что приведёт к перерасходу кислорода. Худший вариант – разрыв металлической мембраны, при котором редуктор просто выходит из строя. Нормальным давлением для резки азотом считается 16-18 атм, кислородом – 5-6 атм. В последнем случае расход газа в три раза меньше. Кислородная резка считается недорогой, но требует точной настройки оборудования. Малейшие отклонения или ошибка при выборе диаметра сопла приведут ухудшению качества реза.
Работа с кислородом требует опыта и профессионализма. Если научиться работать умело и точно, процесс обработки металла будет гораздо эффективнее и дешевле в сравнении с азотом и воздухом.
Особенности применения воздуха для резки
Главное требование при использовании воздуха – наличие качественной системы фильтрации. В некоторых случаях стоимость системы многоступенчатой очистки сопоставима со стоимостью компрессора.
Ошибочное мнение: «Я заплачу всего лишь за компрессор и сэкономлю за закупке дорогостоящего газа». Резка кислородом тоже требует затрат.
Недостатки применения кислорода
Вложения хоть и разовые, но существенные. Компрессор требует не только технического обслуживания, но и ремонта. А современные винтовые модели превосходят поршневые не только по производительности, но и по стоимости. Как минимум, придётся регулярно менять компрессорное масло. Поршневые компрессора требуют периодической замены уплотнительных и маслосъёмных колец. За ними необходимо следить, чтобы компрессор не начал «плевать масло». В идеальном варианте, нужен и адсорбент, очищающий воздух влаги и масляных примесей.
Если система фильтрации компрессора перестанет выполнять свою функцию и в газовый тракт станка попадёт влага, потребуется его очистка, сушка и продувка. Одной заменой фильтров не обойдёшься.
Очистка воздуха от мельчайших частиц пыли и влаги – основное требование. Любые взвеси, летящие из напорной магистрали компрессора, это грязь на защитных стёклах. В процессе работы станка их придётся менять несколько раз в час.
Чтобы обеспечить нормальный режим резки, необходимо давление 16-18 атм. Учитывая препятствие со стороны фильтров и воздухоосушителей, давление сжатого воздуха в напорной магистрали должно составлять не менее 25 атм. Компрессор с таким техническим параметром стоит весьма дорого, а качественная система осушки стоит не менее 50-60% от цены компрессора.
Иногда покупка газификатора с азотом намного экономичнее. При небольших объёмах работ его можно заполнять всего раз в месяц.
Выводы по воздуху
Использование воздуха оправдано в том случае, если выполняется резка металла толщиной не более 1,5-2,0 мм и нет требований к качеству кромок. При обработке нержавейки торец будет иметь жёлтый оттенок, а не белый. Воздух содержит до 10% кислорода, являющегося катализатором окислительных процессов.
Использование воздуха далеко не бесплатное удовольствие. Чтобы станок работал без сбоев, придётся серьёзно вложиться в систему фильтрации и осушки. Если на станке обрабатывается и чёрный металл, и нержавейка, лучше выбирать газы.
Газовое оборудование для металлореза
- Газ поставляется в баллонах объёмом 40 и 70 литров. Их приходится часто менять, а это – дополнительные затраты и время;
- В продаже встречаются и баллонные матрицы, содержащие до 25 баллонов с общим шлангом. Матрицы хватает на длительное время, но транспортировать её дороже и труднее, чем несколько одиночных баллонов;
- Газификатор – баллон, содержащий газ в жидком агрегатном состоянии. Газ из газификатора чище и дешевле, чем из баллона.
Не стоит пытаться приобрести газ с чистотой 99,999% или 99,9999%. Достаточно 99,99%. Тысячные и десятитысячные доли ни к чему. Они не влияют на качество процесса, а только удорожают стоимость сырья. Газы «ОЧ» или «ОСЧ» — «очень чистой» и «особо чистой» степени – разумный и достаточный для работы вариант.
