Экономический эффект при использовании чистого кислорода для лазерной резки.
Рассмотрим пример европейской компании, которая использует лазерную резку в производстве деталей (55 деталей в час, 22 000 в год).
Время резки одной детали кислородом стандартной чистоты 99,7% составило 60 с, при резке LASAL 2003 – 51 с. На диаграмме (рис. 3) приведена структура годовых затрат на производство одной детали при использовании кислорода стандартной промышленной чистоты и LASAL 2003.
Рис. - 2 Скорость резки низколегированной стали в зависимостиот чистоты кислорода. Мощность лазера 3,6 кВт
При пересчете за год рост скорости резки привел к экономии 4455 € только на одну деталь, или 14%.
Из диаграммы видно, что при резке техническим кислородом расход газа выше, что приводит и к росту платежей за газ, расход электроэнергии также оказывается выше, так как для достижения той же скорости, что при использовании кислорода LASAL 2003, потребовалось работать при более высокой мощности лазера.
Общие рекомендации
В таблице 2 приведены наиболее типичные случаи, когда для резки используется кислород и азот. Красным отмечены приоритетные варианты. Аргон используется в тех редких случаях, когда не допустимы даже следы оксидов, как например, с цирконием, или когда нитриды также вредны, как в случае с титаном.
Общие рекомендации.
При выборе режима резки надо помнить, что скорость резки зависит от плотности мощности лазерного излучения, Вт/см2, то есть от мощности лазера и площади пятна и пространственного распределения интенсивности по пятну. Поэтому при изменении фокусного расстояния линзы следует менять не только положение фокуса и мощность лазера, но и проверить, изменилась ли скорость резки, при которой качество кромки не меняется.
Также необходимо помнить, что поскольку толстые материалы режутся кислородом пониженного давления, менее 1 бара, процесс оказывается чувствительным как к чистоте газа, так и к стабильности давления.
Для того, чтобы принять эффективное решение по выбору режущего газа, кислорода или азота, надо внимательно рассмотреть следующие факторы.
(1) какова должна быть ожидаемая общая производительность процесса (или производственной линии);
(2) будут ли необходимы последующие операции обработки кромки;
(3) какова должна быть себестоимость единицы длины реза, или себестоимость производимых деталей. Если это мастерская, предоставляющая услуги лазерной резки, надо определить себестоимость единицы длины реза для всего набора материалов и толщин, с которыми возможно придется столкнуться при приеме заказов.
Производительность. Как уже было отмечено, скорость резки тонких материалов при использовании кислорода, ниже, чем при резке азотом из-за ограничений, накладываемых на мощность лазера, чтобы избежать пригара кромок. В то же время при резке азотом дополнительного энерговыделения в зоне резки нет, можно работать с более высокой мощностью лазера. Скорость резки азотом непосредственно связана с мощностью лазера - чем выше мощность, тем выше скорость резки. При резке тонких материалов (< 4 мм) азотом, скорость процесса может быть в 3-4 раза выше, чем при резке кислородом. Использование азота для резки толстых металлов ограничено лишь доступной мощностью лазерного излучения, но скорость резки материалов толщиной более 4 мм кислородом уже значительно выше, чем реза азотом. К тому же расход азота может почти на порядок превысить расход кислорода.
Последующие операции обработки кромок. Использование азота обеспечит высочайшее качество кромки без окислов, пригодное к последующей сварке и порошковой окраске. При этом не потребуется дополнительных операций обработки кромок.
Себестоимость. Первое, что покупатели будут рассматривать — это суммарное потребление газа.
Таблица 2
Рис. 3. Диаграмма структуры годовых затрат на производство одной детали
При резке азотом толстых материалов его потребление может быть на порядок выше потребления кислорода. При резке кислородом важнейшим фактором является чистота газа, которая влияет на себестоимость процесса, снижая ее до 14%.