گازهای کمکی در برش لیزر فلزات فایبر Auxiliary Gas Laser

در صنعت برش فلزات، دستگاه برش لیزری به عنوان پیشرو در صنعت برش مورد توجه و استقبال بسیاری از صنعتگران قرار گرفته است. برای پردازش خوب قطعه کار، گاز کمکی بخش مهمی از تنظیم فرآیند برش است. نیاز به استفاده از گازهای مکمل بسته به نوع ماده و ضخامت قطعه کار برش متفاوت می باشد.

برش لیزری یکی از با کیفیت‌ترین روش‌ها برای برش انواع فلزات است. کیفیت بالای این روش تنها بخاطر استفاده از پرتو لیزر نیست؛ بلکه براساس ویژگی‌های دستگاه برش لیزر فلزات، متریال مورد استفاده، گاز‌های کمکی و فشار گاز، کیفیت برش لیزری تغییر می‌کند.
به طور کلی در فناوری برش لیزری، استفاده از گاز‌های کمکی بسیار اهمیت دارد؛ چرا که نقش مهمی در بهبود عملکرد و کیفیت برش خواهد داشت. در این فرایند از گازهای مختلفی مثل گاز نیتروژن، گاز اکسیژن، گاز آرگون و هوای فشرده یا کمپرسور هوا استفاده می‌شود که براساس ویژگی‌ها یا موارد استفاده ممکن است این گاز در فشارهای مختلف مورد استفاده قرار بگیرد.

نقش گاز کمکی برای دستگاه برش لیزری فایبر

افرادی که به تازگی با دستگاه های برش لیزری آشنا شده اند ممکن است این سوال را داشته باشند که چرا باید برای برش به گازهای کمکی تکیه کنند؟ این به این دلیل است که استفاده از گازهای کمکی می تواند سرباره یا همان ذوب شدگی و پلیسه لبه برش (Slag) را در شیار کواکسیال منفجر کند تا از برگشت مذاب برش بر روی سطح قطعه کار جلوگیری شده و اثر برشی خوبی حاصل گردد. گاز کمکی می تواند قطعه کار پردازش شده را خنک کرده و ناحیه متاثر از گرما را کاهش دهد. همچنین دمیدن گاز کمکی می تواند به طور موثر از ورود دوده به لنز محافظ و آلودگی و آسیب لنز اصلی هد دستگاه جلوگیری کند، از آن محافظت کند و عمر مفید آن را افزایش دهد. تطبیق گاز کمکی با مواد برش می تواند با قطعه کار واکنش دهد. همچنین نقش احتراق را بازی کند و سرعت برش را افزایش دهد. استفاده از گاز کمکی برای برش کاری ضروری است، پس باید بدانیم که چگونه گاز کمکی مناسب را انتخاب کنیم؟

مزایای استفاده از گازهای کمکی در برش لیزر فایبر

⦁ استفاده از گاز می‌تواند پلیسه را در نقطه خروجی از بین ببرد. در واقع از ایجاد پلیسه‌ها روی سطح قطعه کار هنگام برش جلوگیری می‌کند و برش با کیفیتی را ایجاد می نماید.
⦁ گاز می‌تواند به طور موثر قطعه کار را خنک کرده و گرمای ناحیه برش را کاهش دهد.
⦁ دمیدن گاز می‌تواند به طور موثری از ورود دود و گردوغبار به داخل لنز و آلودگی لنز جلوگیری کند. در این حالت از لنز محافظت شده و عمر مفید آن افزایش می‌یابد.
⦁ گاز کمکی که با مواد برش مطابقت دارد، می‌تواند با قطعه کار واکنش نشان دهد. در این صورت ممکن است که اثری از احتراق ایجاد کند و سرعت برش را افزایش دهد.
⦁ در صنعت برش لیزری، استفاده از گازهای کمکی یکی از مهم‌ترین آیتم‌ها برای برشی با‌کیفیت و ایجاد یک عملکرد بهینه به شمار می‌روند. در این صنعت از گازهای مختلفی استفاده می‌شود. اما مهم‌ترین گازهای کمکی برش لیزری عبارت‌اند از: گاز اکسیژن، گاز نیتروژن، گاز آرگون و هوای فشرده.
⦁ اهمیت استفاده از گاز زمانی بیشتر مشخص می‌شود که از این گازها برای برش لیزری استفاده شود. در این حالت بخش‌های ذوب شده قطعه کار در محل برش خورده باقی می‌مانند و پس از سرد شدن مجددا به یکدیگر متصل می‌شوند. در اینجا گاز کمکی جلوی این اتفاق را می‌گیرد و با خارج کردن مذاب فلز مانع این اتفاق می‌گردد.

انواع گاز کمکی برای دستگاه برش لیزری فایبر

گاز اکسیژن

گاز اکسیژن با فرمول شیمیایی O2 به عنوان یکی دیگر از گازهای کمکی در فرایند برش لیزری می‌تواند اثرات مختلفی داشته باشد. به طور کلی، استفاده از گاز اکسیژن به عنوان گاز کمکی در برش لیزری باعث بهبود کیفیت برش، افزایش سرعت برش و کاهش پلیسه های مواد ذوب شده می‌شود.
گاز اکسیژن به عنوان یک گاز کمکی در فرایند برش لیزری نقش مهمی ایفا می‌کند. اکسیژن کمک می‌کند مواد ذوب شده را از محل برش پاک کند که این اتفاق باعث افزایش دقت برش می‌شود.
گاز اکسیژن به عنوان یک منبع حرارت کنترل شده عمل می‌کند و میزان حرارت محل برش را تنظیم می‌کند که باعث کاهش تغییرات حرارتی غیر مطلوب و عدم تغییر شکل قطعات برش شده می‌شود.
اکسیژن رایج ترین گاز کمکی برای برش لیزری فولاد گالوانیزه است. همچنین این گاز با پوشش روی واکنش می دهد و اکسید روی تولید می کند که در دمای بالا تبخیر می شود.
فرآیند تبخیر به حذف پوشش روی کمک می‌کند و به پرتو لیزر اجازه می‌دهد فولاد را برش دهد. اکسیژن برای برش فولاد گالوانیزه ضخیم‌تر ایده‌آل است، زیرا لبه برش تمیزتری ایجاد می‌کند و خطر خراشیدگی را کاهش می‌دهد. با این حال، اکسیژن می تواند باعث اکسیداسیون شده و منجر به زنگ زدن لبه برش خورده شود.

گاز نیتروژن

گاز نیتروژن با فرمول شیمیایی N2 یکی از گازهای کمکی پرکاربرد و مهم در صنعت برش لیزری است. این گاز بی‌رنگ و بی‌بو است که در حالت طبیعی به صورت (N2) می باشد. گاز نیتروژن معمولا در جو زمین وجود داشته و حدود 78 درصد از جو زمین را تشکیل می‌دهد. گاز نیتروژن برای مصارف مختلف از جمله در صنایع مختلف پزشکی، غذایی، الکترونیک و … کاربرد دارد.
گاز نیتروژن از نظر شیمیایی غیرفعال است و به عنوان یک گاز کمکی برش، برای جلوگیری از اکسید شدن کاربرد دارد. این گاز می‌تواند به طور موثر از برش بدون اکسیداسیون غشای اکسیدی جلوگیری کند که در این صورت سطح برش سفید خواهد شد.
در صورت بالا بودن کیفیت سطح برش می‌توان از نیتروژن برای برش به‌عنوان گاز کمکی استفاده کرد. از این گاز عمدتا برای برش مواد فلزی مانند فولاد ضدزنگ، ورق فولادی آبکاری شده، برنج و آلومینیوم استفاده می شود.
نیتروژن یک گاز بی اثر است که با پوشش روی فولاد گالوانیزه واکنش نمی دهد. این گاز برای برش ورق های نازک فولاد گالوانیزه ایده آل است، زیرا لبه برش با کیفیت بالا را بدون اکسیداسیون ایجاد می کند.
نیتروژن همچنین دارای مزیت کاهش خطر آتش سوزی است، زیرا از احتراق پشتیبانی نمی کند. با این حال، نیتروژن برای برش ورق های ضخیم تر فولاد گالوانیزه مناسب نیست، زیرا می تواند منجر به برش ناهموار و زمان برش طولانی تر شود.

گاز آرگون

آرگون یک گاز بی اثر و از نظر شیمیایی غیر فعال است و واکنش اکسیداسیون با قطعه کار در زمان برشکاری انجام نمی شود. در مقایسه با سایر گازهای کمکی، استفاده از گاز آرگون هزینه های بالاتری را به همراه دارد. این گاز، برای برش مواد ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم بهترین عملکرد را دارد.

هوای فشرده شده

هوای فشرده شامل اکسیژن، نیتروژن، کربن دی اکسید و دیگر گازهای موجود در هوا است که تحت فشار بالا قرار گرفته‌اند. این گازها به عنوان یک منبع ارتعاش و تفکیک مواد در فرایند برش لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هوای فشرده یک جایگزین مقرون به صرفه برای اکسیژن و نیتروژن است، زیرا به راحتی در دسترس است و نیازی به تجهیزات خاصی ندارد. برای برش ورق های نازک فولاد گالوانیزه ایده آل است، زیرا لبه برشی تمیز و بدون اکسیداسیون ایجاد می کند.
با این حال، هوای فشرده برای برش ورق های ضخیم تر فولاد گالوانیزه مناسب نیست، زیرا می تواند منجر به برش ناهموار و زمان برش طولانی تر شود.
تهیه هوای فشرده و به طور مستقیم از طریق کمپرسور هوا ممکن است. این موضوع باعث می‌شود تا استفاده از هوای فشرده نسبت به اکسیژن و نیتروژن آسان‌تر و ارزان‌تر باشد. هوا حاوی تنها حدود 20 درصد اکسیژن بوده اما راندمان برش آن با اکسیژن قابل مقایسه نیست. در حالی که ظرفیت برش هوا نزدیک به نیتروژن است و راندمان آن حتی کمی بیشتر از نیتروژن نیز می باشد.
تنها در صورتی که رنگ سطح برش مهم نباشد، استفاده از هوای فشرده به عنوان جایگزین مناسبی برای نیتروژن به عنوان ارزان‌ترین و اقتصادی‌ترین گزینه پیشنهاد می شود.
هوا توسط کمپرسور در مخزن ذخیره گاز فشرده می‌شود و پس از فیلترکردن، خنک شدن و خشک‌شدن قابل استخراج است که نیاز به هزینه کمتری نیز دارد. این گاز عمدتا در پردازش صفحات فلزی نازک استفاده می‌شود.
برای ذوب شدن قطعه کار فلزی به گاز کمکی نیاز است که مواد مذاب را با فشار زیاد دور می‌کند و از برش قطعه کار به کمک هوا برای جلوگیری از واکنش اکسیداسیون و تشکیل اکسید فلز استفاده می‌کنند. این گاز عمدتا برای برش مواد فلزی مانند آهن، آلومینیوم، آلیاژ آلومینیوم، برنج و ورق فولادی آبکاری شده مناسب است.

گازهای ترکیبی

در زمینه گاز کمکی برش لیزری، یکی دیگر از گازهای مهم، گازهای ترکیبی هستند که نقش مهمی ایفا می‌کنند. گازهای ترکیبی، میکسی از گاز اکسیژن و گاز نیتروژن است که هزینه‌های بالایی را به دنبال دارد.
استفاده از گاز ترکیبی برای برش آلومینیوم مزایای خاصی دارد. این گاز موجب برش بهتر آلومینیوم شده و لبه‌های آلومینیم را بدون ایجاد اعوجاج و پلیسه خاصی نگه می‌دارد. همچنین، سرعت برش لیزر آلومینیوم با استفاده از این گاز افزایش می‌یابد.

مقایسه گازهای کمکی و بررسی مزایای آنها

از آنجایی که فناوری برش لیزری در صنایع مختلف کاربرد دارد، استفاده از گاز کمکی مناسب‌ترین راه برای بهبود عملکرد و کیفیت برش می باشد. گازهای کمکی در دستگاه‌های برش لیزری نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند و انتخاب مناسب این گازها بر اساس نوع مواد و نیازهای خاص هر فرایند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
انواع گازهای کمکی مانند اکسیژن، نیتروژن، هوا فشرده شده و آرگون هر کدام از ویژگی‌ها و کاربردهای خاص برخوردار هستند که در ادامه به بررسی بیشتر تفاوت‌ها و مقایسه آن‌ها می‌پردازیم.

تفاوت بین گازهای کمکی اکسیژن و نیتروژن

اکسیژن و نیتروژن به عنوان گازهای کمکی پرکاربرد هستند و بسته به نوع مواد برش، ضخامت و کیفیت لبه مورد نیاز، گاز مناسب انتخاب می‌شود.
استفاده از اکسیژن به عنوان گاز کمکی برای برش فولاد نازک با دستگاه برش لیزری فایبر، انرژی کوانتومی و نوری زیادی را آزاد کرده و سرعت برش را افزایش می‌دهد. از سوی دیگر، استفاده از نیتروژن برای برش فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم، احتراق را مهار کرده و کیفیت برش را بهبود می‌بخشد.
حداکثر مصرف نیتروژن برابر با 96 نیوتون بر متر مکعب است و توان ورودی بار کامل کمپرسور هوا حدود 13.5 کیلو وات می باشد.
هزینه استفاده از گاز نیتروژن به عنوان گاز کمکی تقریبا به ازای هر نیوتن متر مکعب معادل 20 دلار است.
کمپرسور هوا با فشار 16bar ، می‌تواند در هر دقیقه تنها 1.27 مترمکعب را تامین کند.
هزینه استفاده از هوای فشرده به عنوان گاز کمکی برش نسبت به نیتروژن کمتر است. به طور کلی استفاده از هوا فشرده نسبت به نیتروژن علاوه بر کیفیت مناسب برش، باعث کاهش چشمگیر هزینه‌ها و افزایش سرعت کار می‌شود. چرا که با هزینه تهیه دستگاه گاز نیتروژن می‌توان چند دستگاه کمپرسور هوا تهیه کرد.
در زمان استفاده از هر نوع گاز، باید به میزان و فشار مناسب آن توجه کرد تا کیفیت برش بهینه و مناسب باشد. این نکات اساسی برای بهبود عملکرد و دقت در فرایند برش لیزر بسیار اهمیت دارند.
انتخاب بهترین گاز برای دستگاه برش لیزر بستگی به نوع متریال مورد برش دارد و به همین دلیل، عوامل مهمی را باید در نظر گرفت.
برای برش فلزات، استفاده از گاز نیتروژن یا اکسیژن معمولا توصیه می‌شود. هزینه و بودجه موجود نیز می‌تواند در انتخاب گاز تاثیرگذار باشد، زیرا گازهای نادر مثل آرگون از دیگر گازها قیمت بیشتری دارند.
در هنگام خرید و انتخاب بین اکسیژن و نیتروژن باید به نکاتی مثل هزینه فرایند، کیفیت لبه مورد نظر، سرعت برش و هزینه نهایی توجه کرد.

عواملی که در انتخاب گاز کمکی باید در نظر گرفته شوند

هنگام انتخاب گاز کمکی مناسب برای برش لیزری فولاد گالوانیزه، مهم است که چندین فاکتور از جمله ضخامت ماده، نوع لیزر و کیفیت برش مورد نظر را در نظر بگیرید.
ورق‌های ضخیم‌تر فولاد گالوانیزه به سرعت جریان بالاتری از گاز کمکی مانند اکسیژن نیاز دارند تا از لبه‌های برش تمیز اطمینان حاصل شود. ورق های نازک فولاد گالوانیزه را می توان با استفاده از نیتروژن یا هوای فشرده بسته به کیفیت برش مورد نظر برش داد.

نوع لیزر مورد استفاده نیز در انتخاب گاز کمکی موثر است. لیزرهای CO2 رایج ترین لیزرهای مورد استفاده برای برش لیزری فولاد گالوانیزه هستند و با اکسیژن، نیتروژن و هوای فشرده سازگار هستند. همچنین لیزرهای فایبر برای برش لیزری فولاد گالوانیزه استفاده می شوند و برای دستیابی به لبه برش با کیفیت بالا نیاز به استفاده از نیتروژن یا هوای فشرده دارند.

نتیجه گیری
انتخاب گاز کمکی مناسب برای برش لیزری فولاد گالوانیزه برای دستیابی به نتایج مطلوب بسیار مهم است. انتخاب گاز کمکی به عوامل مختلفی از جمله ضخامت ماده، نوع لیزر و کیفیت برش مورد نظر بستگی دارد. با در نظر گرفتن این عوامل، تولید کنندگان می توانند به لبه برش با کیفیت بالا دست یافته و ضمن کاهش هزینه ها، کارایی را بهبود بخشند.