Perfeccionamiento del borde cortado con láser de fibra

Puede mejorar el borde de corte de una supresión de láser de fibra optimizando los gases auxiliares y aprovechando las tecnologías de boquillas actualizadas.

Una vez que una tecnología nueva y desconocida en la industria de fabricación de láminas de metal, los láseres de fibra ahora se consideran un enfoque probado y confiable para las operaciones de corte.

Una de las ventajas de utilizar láseres de fibra para realizar el borrado es el borde limpio y sin óxido que se puede obtener utilizando un gas auxiliar de nitrógeno. La ausencia de oxidación mejora los procesos posteriores, como el recubrimiento en polvo y la soldadura, porque se puede lograr una mejor adherencia y soldabilidad.

Puede mejorar el borde de corte de una supresión de láser de fibra optimizando los gases auxiliares y las tecnologías de boquilla.

Los niveles de pureza del nitrógeno juegan un papel importante en la calidad de los bordes y las piezas. Comprender qué esperar de los niveles de pureza puede ayudarlo a lograr la calidad deseada de la pieza y otros objetivos finales, como la adhesión de la capa de polvo o la soldabilidad. Si se desea un acabado plateado brillante para industrias tales como equipos médicos y de calidad alimentaria, la clasificación de pureza debería ser del 99,9 por ciento (verFigura 1).

Si el mercado al que abastece es el de implementos agrícolas y la adhesión de la capa de pintura en polvo y las piezas por día son sus principales áreas de enfoque, un nivel de pureza de nitrógeno más bajo, como 98 o 99 por ciento, puede lograr los resultados requeridos. Comprender qué nivel se necesita es importante para dimensionar su generador de nitrógeno por adelantado para evitar decepciones en la calidad del borde o el rendimiento de la máquina después del hecho.

Ya sea que un láser de fibra sea su primera máquina de eliminación de láser o que haya pasado de una máquina láser de CO2, su consumo de gas de asistencia, especialmente nitrógeno, será mayor. Este aumento del consumo de nitrógeno se debe a varios factores.

Con la disponibilidad de la tecnología de fibra de potencias nominales mucho más altas que las máquinas de corte por láser de CO2, ahora puede procesar materiales que antes tenían que cortarse con oxígeno. Es posible que su láser de CO2 se haya limitado a cortar acero dulce con gas auxiliar de nitrógeno en material de calibre 7 o de 3/16 de pulgada de espesor. Con la mayor capacidad de vataje de un láser de fibra, el rango de procesamiento de nitrógeno de acero dulce se puede ampliar a 3/8 de pulgada o incluso a ½ pulgada de espesor.

Debido a que el rango de procesamiento de los láseres de fibra es más amplio, se deduce que el consumo de gas nitrógeno también será mayor. Tener la capacidad de cortar materiales más gruesos con nitrógeno obviamente aumentará su consumo de nitrógeno porque se necesitan caudales más altos.

Por ejemplo, un láser de CO2 de 4 kilovatios puede haber usado 1,700 pies cúbicos estándar por hora (SCFH) para cortar 3/16 de pulgada de espesor o calibre 7. acero dulce. Cortar material de 3/8 de pulgada de espesor duplicará el consumo de gas a 3400 SCFH.

Hay varias formas de combatir esta mayor demanda de nitrógeno: mezcla de gases, tecnologías de boquillas y sistemas de generación de nitrógeno. Todo esto también puede ayudar a mejorar la calidad de los bordes.

Figura 1Cuanto mayor sea la pureza del gas nitrógeno, más brillante será el acabado.

Mezcla de gases. Los sistemas de mezcla le permiten traer cantidades reguladas de oxígeno a su proceso de corte, reduciendo la cantidad de nitrógeno que se consume. De hecho, esto da como resultado una mejor calidad del borde y mayores velocidades de avance en muchos materiales también.

Una vez que se haya determinado su sistema de suministro de nitrógeno, una opción a considerar para mejorar la calidad del borde sería agregar un mezclador de gas. El equipo adicional es económico, ocupa poco espacio y se puede agregar a casi cualquier láser de fibra.

Si alguna vez ha tenido que cortar aluminio con láser con gas auxiliar de nitrógeno, ha sido testigo de las rebabas y la escoria que a menudo resultan. Al agregar un mezclador de gas a su configuración, puede incorporar pequeños porcentajes de oxígeno a su proceso de corte para reducir o eliminar esas rebabas. El mezclador de gas está conectado a las líneas de suministro de nitrógeno y oxígeno, y se pueden seleccionar diferentes niveles de pureza según la aplicación.

También hay beneficios en la mezcla de gases cuando se corta acero dulce. Esto se hace de la misma manera agregando pequeñas cantidades de oxígeno al corte. Esto dará como resultado una mejor calidad del borde, mayores tasas de alimentación y un menor consumo de nitrógeno.

Las aplicaciones de mezcla de gases a menudo se combinan con algunas de las tecnologías de boquillas más nuevas que le permiten cortar con presiones de gas y caudales mucho más bajos. Las presiones reducidas también pueden reducir su costo por pieza.

Tecnologías láser y de cabezales de corte. Diferentes tecnologías de boquillas han avanzado para reducir el consumo de nitrógeno e incluso mejorar la calidad de los bordes. Algunas máquinas láser de fibra le permiten aplicar cambios de modo de haz y funciones de colimación automática (verFigura 2 ). Los láseres de fibra tienen un modo de haz con una densidad de puntos de muy alta potencia. Conocido como el modo Tem00, es excelente para el corte de alta velocidad en materiales de calibre.

Cortar placas gruesas requiere un corte más grande para permitir que se elimine más material. Un modo óptimo para esta aplicación sería un Tem01. Elegir un láser que pueda realizar estos cambios de modo automáticamente lo ayudará a mejorar la calidad de los bordes en toda la gama de materiales que está cortando. Puede mejorar aún más la calidad del borde de corte cambiando la profundidad de campo y el diámetro del haz con una función de colimación automática.

Sistemas de generación de nitrógeno. Estos sistemas reducen el coste del nitrógeno y eliminan los contratos de suministro de gas. Al comprar su propio sistema de generación de nitrógeno, puede aprovechar la depreciación de los bienes de capital, lo que acelera el retorno de la inversión.

Entonces, ¿cómo se genera el nitrógeno? Se realiza separando el aire en nitrógeno, oxígeno, argón y otros gases. Puede que le sorprenda que el aire que respiramos es 78 por ciento de nitrógeno, 21 por ciento de oxígeno, 0,9 por ciento de argón y trazas de CO2 y otros gases.

¿Cuándo se debe considerar el nitrógeno generado? Siempre es una buena opción, especialmente si está ejecutando múltiples turnos o múltiples láseres o si la combinación de materiales de su producto requiere condiciones de corte de nitrógeno.

Figura 2El uso del modo de haz óptimo para el material mejora la calidad del corte.

Generalmente se utilizan tres tipos de sistemas de separación: membranas, adsorción por cambio de presión y destilación fraccionada criogénica de aire líquido (sistemas de nitrógeno a granel).

1. El sistema de membrana comprende membranas de fibra hueca que se utilizan para crear un proceso mecánico para separar el aire. Esto se logra debido a la variación del tamaño molecular de las moléculas de nitrógeno y oxígeno. El polímero de membrana está diseñado para permitir que el vapor de agua y las moléculas de oxígeno que se mueven rápidamente se difundan a través de la membrana y capturen el nitrógeno como gas producto (verfigura 3 ). Estos sistemas están diseñados para una entrega de 205 libras por pulgada cuadrada (PSI) y se recomiendan para materiales de calibre. Tienen una instalación sencilla y un tamaño reducido. Estos sistemas a menudo se utilizan uno a uno con la máquina láser central.

2. Cuando se requieren presiones de suministro y velocidades de flujo más altas que las que puede producir un sistema de membrana, se recomienda un sistema de adsorción por oscilación de presión. Este tipo de sistema también se recomienda para múltiples máquinas o si se desea una futura expansión. Un sistema de adsorción por oscilación de presión utiliza un tamiz molecular de carbono como método para adsorber las moléculas de oxígeno y suministrar el gas auxiliar de nitrógeno deseado. El sistema puede entregar presiones de gas mucho más altas, así como tasas de flujo SCFH más altas. También puede producir niveles más altos de pureza de nitrógeno.

3. La destilación fraccionada criogénica de aire líquido es el proceso de separar los gases del aire enfriándolo hasta que se licua. Estos son los sistemas de tanques a granel que a menudo se usan para proporcionar gases auxiliares al láser. Pueden ofrecer altos niveles de pureza, pero consumen mucha energía.

Es probable que generar su propio nitrógeno internamente acelere el retorno de la inversión. En la mayoría de los casos, se puede alcanzar un ROI en menos de dos años. En talleres con varios turnos o si se utilizan varias máquinas, la devolución es aún más rápida. Una vez alcanzado el ROI, se acumularán ahorros a largo plazo, atribuidos a la eliminación de las tarifas mensuales de entrega de gas a granel, las tarifas de alquiler de equipos y la pérdida por evaporación.

Evaluar una nueva gran inversión de capital, como un láser de fibra, puede ser una experiencia larga y abrumadora. A menudo, solo se inspeccionan las tasas de alimentación o las clasificaciones de potencia, pero cuando se consideran otros aspectos, se puede ver mejor la propuesta de costo real.

Si ha pasado de la tecnología de láser de CO2 a la tecnología de láser de fibra, probablemente ya haya experimentado los beneficios. Quizás uno de los más notables es la falta de óptica, lo que significa que limpiar, alinear y reemplazar la óptica es cosa del pasado.

Además, los ahorros en el consumo eléctrico de la generación de haces de estado sólido reducen el costo de operación por hora.

Debido a que la gama de procesamiento de materiales se amplía para incluir cobre, latón, titanio, aluminio más grueso e inoxidable, puede ampliar su base de clientes o eliminar los equipos alternativos de corte y troquelado que antes se necesitaban para troquelar estos materiales.

Todas estas ventajas de costos pueden compensar los costos más altos de un mayor consumo de gas nitrógeno.

figura 3El polímero de la membrana permite que el vapor de agua y las moléculas de oxígeno que se mueven rápidamente se difundan a través de la membrana y capturen el nitrógeno como gas producto.