Mejoras de corte por láser: potencia del láser
Las nuevas tecnologías han impactado el proceso de corte por láser y las máquinas de corte por láser. Los láseres de cuatro a 10 kW han estado disponibles durante algún tiempo, pero con una calidad de haz deficiente, limitaciones ópticas y costos de operación y equipos costosos. Sin embargo, recientemente, las máquinas excitadas (HF) de alta frecuencia de 4 a 6 kW han hecho del corte una opción viable y rentable.
Un avance del láser HF es un diseño que garantiza que el ánodo y los cátodos no estén en contacto con los gases del láser. Esto produce un proceso de láser consistentemente limpio. Como resultado, las máquinas HF tienen una buena calidad de rayo láser con alta densidad de potencia, control de pulso de calidad y un costo económico por vatio.
La mayor potencia de los láseres de estado sólido HF permite a los usuarios finales cortar con eficacia acero al carbono, revestido e inoxidable y aluminio con nitrógeno a alta presión. El nitrógeno en el corte es un cambio importante en la tecnología láser y de gas auxiliar.
Mejoras de gas de asistencia
Históricamente, el oxígeno era el gas auxiliar para el corte de acero al carbono. Una reacción exotérmica entre el hierro licuado y el oxígeno proporciona una parte sustancial del calor necesario para cortar acero. Sin embargo, el gas auxiliar de oxígeno oxida la superficie cortada y el calor generado puede distorsionar el material de la pieza de trabajo y eliminar los revestimientos de la superficie. El nitrógeno minimiza muchos de estos desafíos de corte porque hace que el proceso sea más frío.
El nitrógeno también aumenta la velocidad de procesamiento y produce superficies de corte libres de óxido con poca o ninguna eliminación de los materiales de la superficie.
Velocidad de corte por láser
Las velocidades de corte por láser con nitrógeno están directamente relacionadas con la densidad de potencia de la tecnología láser, el grosor del metal y la presión y el flujo del gas auxiliar. El gas permite a los usuarios finales aplicaciones de corte de láminas de metal a velocidades de corte muy altas con mejor calidad de filo, poco o ningún deterioro de la superficie y menos distorsión. Esto es válido para espesores de acero dulce de hasta 0,15 pulg.
Al cortar aceros y materiales más gruesos, los distribuidores y usuarios finales encontrarán que el calor de la combinación de oxígeno/hierro líquido produce velocidades de corte más rápidas.
En algunos casos, los mejores resultados provienen del uso de múltiples gases para optimizar el rendimiento en una gama más amplia de materiales.
Obtenga un 10% de descuento con el cupón: «10% WELDPROS» Además de estos cambios, la industria del láser también está mejorando las velocidades del sistema de láser de fibra gracias a la tecnología de control de movimiento. De hecho, algunas máquinas de alta densidad de potencia ahora superan los 100 pies/min. En años anteriores, un tornillo de bolas o un sistema de piñón y cremallera manejaba el control de movimiento, pero mantener altas tolerancias y repetibilidad a altas velocidades de proceso se volvió difícil. La incorporación de motores lineales resolvió este problema. Proporcionan control estricto del sistema, repetibilidad y alta velocidad.
Economía de los gases auxiliares y equipos de corte por láser
La economía simple impulsó la tercera progresión en los sistemas láser: el manejo automatizado de materiales. Dichos sistemas emplean tarimas dobles, estaciones de carga de transferencia de bolas, cargadores semiautomáticos y cargadores/descargadores completamente automatizados. Por ejemplo, una celda de carga/descarga automatizada de paletas múltiples opera en una operación de luces apagadas con poca o ninguna intervención humana.
La combinación de estos tipos de manipulación automatizada de materiales con láseres más potentes garantiza ciclos de trabajo superiores al 75 %, tiempo de activación del haz elevado y la viabilidad económica de los sistemas láser.
Los requisitos de gas auxiliar para los sistemas láser avanzados suelen superar los parámetros de los sistemas tradicionales de suministro de gas. Por ejemplo, las presiones requeridas del gas de asistencia pueden exceder los 400 PSI (26,5 bar). Se requieren flujos superiores a 5000 SCFH (131 Nm 3 ) para ciertos espesores de material de corte por láser. La Figura 1 muestra una estimación de la velocidad de corte, el espesor del material y la presión del gas para cortar con nitrógeno como gas auxiliar. La velocidad de desplazamiento disminuye a medida que aumenta el grosor del material; sin embargo, la presión del gas auxiliar aumenta significativamente. La presión y el diámetro de la boquilla de corte por láser determinan el caudal de gas, y el diámetro de la boquilla y el caudal de gas auxiliar aumentan con el espesor. Así, los mayores caudales —y normalmente las mayores presiones— corresponden a los mayores espesores procesados.
Para el distribuidor de gas y el cliente, el volumen de gas consumido en un mes es un tercer factor crítico en la selección de un sistema de suministro de gas. Con el consumo medio de gas, la distribuidora, junto con el cliente, debe considerar los picos de consumo y presión, los cronogramas y costos de distribución, los costos de equipos, las expectativas de crecimiento futuro y las existencias de seguridad.
Selección del sistema de suministro de gas adecuado en el proceso de corte por láser
La selección de un sistema de suministro de gas adecuado requiere el conocimiento de la presión máxima del gas auxiliar, el caudal máximo y el volumen mensual de gas consumido, que se puede determinar respondiendo preguntas sobre el proceso. La potencia de salida del cortador láser, el material y el espesor que se cortará, el porcentaje del espesor máximo que se procesará, el número de horas de funcionamiento, el ciclo de trabajo y el número de láseres (láseres de fibra) se incluyen en los cálculos.
El modo de suministro de gas en la máquina de corte por láser cambia el volumen y el caudal mensualmente. Una vez que se determinan las cifras, se puede elegir un sistema con cierto grado de certeza.
Muchas posibles soluciones de suministro de gas brindan una variedad de presiones y caudales para volúmenes mensuales determinados. En realidad, cada sistema tiene una gama de operaciones más amplia que la representada.
Sin embargo, diferentes factores hacen que un sistema sea más eficaz que otro en una aplicación determinada. Los distribuidores y usuarios de gas deben buscar orientación de los fabricantes de equipos de gas para comprender los matices de cada sistema.
Corte por láser de acero al carbono
El corte por láser de acero al carbono con oxígeno como gas auxiliar suele ser una aplicación de baja presión (150 PSI y menos) y bajo flujo (menos de 1000 SCFH). Por ejemplo, los sistemas de suministro de gas suelen comenzar con cilindros de líquido Dura-Cyls, ya sea que se intercambien llenos por vacíos o con colectores juntos y pasen a un Perma-Cyl o tanque a granel en el sitio.
Los requisitos de presión o flujo no imponen una gran carga al sistema de gas para estas aplicaciones.
Considere el volumen mensual y los costos operativos del sistema de rutina como factores clave para las aplicaciones de baja presión y bajo flujo.
Un proceso de corte por láser limpio con nitrógeno como gas de asistencia generalmente requiere presiones de gas más altas (200 PSI y más) para evacuar la zona de corte o corte de material fundido y no afecta la misma calidad del material. Una presión de 200 PSI limita el grosor del material que se puede cortar a aproximadamente 0,100 pulg.
Para el corte por láser de materiales más gruesos, los sistemas de líquido a mayor presión cumplen con los requisitos de suministro de gas individuales. Estos sistemas de alta o muy alta presión incluyen cilindros de líquidos portátiles, como Laser-Cyl, y sistemas estacionarios, como Perma-Cyl VHP, tanques a granel de alta presión, Trifecta y el sistema integrado HP 2. Todos estos entregan gases de asistencia superiores a 450 PSI con capacidades de almacenamiento neto y características operativas.
Sistemas de gas a granel en proceso de corte por láser
Los sistemas de gas a granel se vuelven más económicos una vez que el volumen de una instalación de corte por láser alcanza cierto punto. Solo existían dos soluciones a granel hasta hace poco: la estación a granel tradicional de alta presión o el sistema Trifecta combinado con un tanque a granel de presión estándar.
El sistema HP 2 es una valiosa opción de corte por láser. Las capacidades de estos sistemas de gas de alta presión varían, por lo que es importante elegir uno que satisfaga las necesidades del cliente.
Los tanques a granel tradicionales de alta presión han sido el caballo de batalla histórico para aplicaciones láser como el corte por fusión, pero esto está cambiando. Esto se debe a que no puede soportar las crecientes tasas de flujo y presiones de los sistemas láser avanzados y los requisitos de las máquinas de corte por láser.
Además, el servicio ininterrumpido no es posible debido al tiempo que se requiere para purgar, rellenar y volver a presurizar el tanque para llenarlo, un gran inconveniente para los talleres de láser que trabajan para alcanzar los tiempos máximos de encendido del haz. Las capacidades limitadas de llenado neto, las dificultades para mantener y regular las presiones máximas y las pérdidas de ventilación no deseadas también hacen que el tanque a granel de alta presión sea menos deseable para las aplicaciones láser.
Los distribuidores están encontrando otras soluciones para proporcionar gas auxiliar a granel en la máquina láser. Conectar el Trifecta, por ejemplo, a un tanque a granel de presión estándar permite a los usuarios finales operar sin bombas de refuerzo para elevar la presión de la línea de la casa aguas abajo al nivel que necesitan los láseres. El tanque a granel actúa como un depósito para alimentar líquido a baja presión (típicamente de 50 a 200 PSI) al Trifecta. Suministra caudales sostenidos de hasta 15 000 scfh a presiones de hasta 450 PSI.
El Trifecta también proporciona un suministro ininterrumpido de gas auxiliar de alta presión al láser con poco producto desperdiciado. El llenado del tanque a granel se realiza sin desconectarlo, lo que interrumpe el corte. La Trifecta abastece instalaciones con gas ininterrumpido y distribuidoras de gas con tanque a granel de presión estándar.
El HP 2, un nuevo sistema de suministro de gas totalmente integrado, consta de un tanque a granel de alta presión especialmente diseñado, un módulo de control y un vaporizador multifunción de alta presión. Utilizando tecnología desarrollada y probada durante un período de dos años, el HP 2 suministra presiones y caudales de hasta 490 PSI y 12 500 SCFH.
La tecnología de gestión del calor proporciona capacidades que no se encuentran en ningún otro sistema, incluidas pérdidas de ventilación reducidas, tiempos de creación de presión reducidos de horas a minutos, por ejemplo, de 100 a 450 PSI en menos de 10 minutos, capacidades de llenado neto aumentadas y reducción de salidas. -Tiempos de servicio para el llenado. Además, las instalaciones láser que requieren un servicio ininterrumpido durante todo el proceso de llenado pueden instalar una unidad de asistencia de llenado opcional.
Resumiendo las cosas
El sistema láser se ha convertido en un pilar como herramienta de corte en la fabricación de metales. Los avances en las herramientas de corte por láser han provocado otras adaptaciones relacionadas.
Un ejemplo es el sistema de suministro de gas. Las presiones y los flujos más altos asociados con los sistemas láser más rápidos y de alta potencia han requerido el desarrollo de soluciones de gas económicas capaces de proporcionar fuentes ininterrumpidas de gas auxiliar de alto rendimiento.