Los láseres de corte térmico son uno de los medios más eficientes utilizados hoy en día para cortar metal. Con el alto nivel de precisión y repetibilidad que estos sistemas pueden ofrecer, un láser se convierte rápidamente en la herramienta preferida para la mayoría de los fabricantes de metal.
Hay varios tipos de láseres de corte disponibles: YAG, DISC, Fiber, Excimer y CO2: El enfoque aquí está en los requisitos del equipo de suministro de gas de corte por láser de CO2.
Suministro de gas de corte por láser de CO2 y tipo de gases utilizados
Los láseres de CO2 requieren varios tipos diferentes de gases para funcionar. Las fuentes de gas y los sistemas de suministro necesarios no se incluyen con las máquinas nuevas y rara vez se ofrecen con las máquinas usadas cuando se revenden.
La parte del láser que crea el haz de corte se llama resonador.
Los gases requeridos son de alta pureza grado 5 o mejor, CO2, nitrógeno y helio.
A veces, se agregará monóxido de carbono a la mezcla de gas del resonador, según el fabricante del resonador. Puede obtener más información sobre los gases de protección utilizados para soldar y cortar en nuestro artículo vinculado.
Gases de purga de entrada
Se debe purgar la entrada de gases del resonador al conectar un cilindro nuevo para eliminar el aire ambiental, la humedad y la contaminación antes de que el gas ingrese al resonador.
Si la humedad o la contaminación por partículas ingresan a la cámara del resonador con los gases del resonador, dañarán el resonador. Los primeros síntomas que indican que esto ha sucedido son una mala calidad de corte y un alto consumo de energía por parte del láser.
Algunos fabricantes de láseres han desarrollado resonadores que usan cantidades tan pequeñas de estos gases que vienen incluidos con la máquina y no requieren reemplazo por un año o más. Se recomiendan reguladores de dos etapas de alta pureza equipados con capacidad de purga de entrada.
Fuente ininterrumpida de gas para láseres de CO2
Si los clientes han invertido en sistemas de manejo de materiales, probablemente tengan la intención de hacer funcionar el láser sin supervisión y necesitarán una fuente de gas ininterrumpida.
Si el láser va a funcionar sin supervisión, necesitará un suministro continuo de estos gases, o el láser se apagará solo cuando se agote el gas.
Equipar el láser con un sistema de cambio de gas de alta pureza equipado con purgas de entrada es la mejor manera de evitar que esto suceda.
La presión de funcionamiento normal en la parte posterior del láser oscila entre 50 y 125 psi. El consumo de gas del resonador es bajo y puede llevar varios meses vaciar un cilindro de 200 o 300 pies cúbicos.
Otros elementos que a menudo se ignoran cuando se instalan sistemas de gas resonador son las válvulas de alivio para proteger contra una falla del regulador y los filtros en línea para garantizar un gas limpio y no contaminado.
La mayoría de los fabricantes de láser recomiendan usar filtros en línea de 2 micras y válvulas de alivio adecuadas instaladas en la línea entre la salida del conmutador o regulador de gas del resonador y la parte posterior del láser.
Gas de purga de haz
El sistema de purga del haz está diseñado para proporcionar una atmósfera limpia y seca para la óptica de entrega del haz en el resonador para dirigir y mantener la calidad del haz a la pieza de trabajo.
La mayoría de los fabricantes de láser recomiendan encarecidamente el nitrógeno como gas de purga del haz.
Normalmente, esto se puede extraer de la misma fuente de gas nitrógeno que el gas auxiliar que se suministra. En algunos casos, el fabricante del láser permitirá que se utilice aire limpio y seco para la purga del haz.
Las presiones de operación varían de 50 a 100 psi y los requisitos de flujo varían de 80 a 120 scfh. Un regulador de una sola etapa de alta pureza es la recomendación de regulador adecuada para esta función.
Requisitos de gas auxiliar
Para los requisitos de gas auxiliar de nitrógeno y oxígeno, las «cunas» de cilindros de alta presión se pueden usar para aplicaciones de arranque o de flujo bajo, pero son ineficientes y costosas cuando la aplicación exige flujos más altos.
Las presiones promedio de nitrógeno requeridas en la parte posterior del láser oscilan entre 300 y 500 psi, y los requisitos de flujo pueden estar en el rango de 2000 a 4000 scfh. Las presiones de oxígeno oscilan entre 200 y 400 psi, con flujos entre 500 y 1500 scfh, según el material cortado.
Para suministro de gas auxiliar, los reguladores recomendados son los de diseño de vástago de equilibrio o domo de flujo alto. Al configurar el sistema de gas auxiliar de nitrógeno y oxígeno, los fabricantes de láser recomiendan instalar filtros en línea de 40 micras y válvulas de alivio del tamaño adecuado también.
Debido a los requisitos de alto flujo para el gas de asistencia, el siguiente paso serían los cilindros de líquido para el uso económico continuo de estos gases.
Cilindros de gas vs. líquido
Los cilindros de líquido son esencialmente termos grandes capaces de suministrar gas o productos líquidos a una aplicación, y están comúnmente disponibles en servicio de oxígeno, nitrógeno, argón y CO2.
El volumen de un cilindro de líquido es igual a aproximadamente 15 a 20 cilindros de alta presión, y cuesta mucho menos llenar un cilindro de líquido que llenar 20 cilindros de alta presión.
Los cilindros de líquido tienen un puerto de uso de gas, un puerto de uso de líquido y un puerto de conexión de ventilación en la parte superior del cilindro. Un circuito generador de presión genera presión y flujo adicionales para la aplicación y un circuito economizador para evitar generar gas cuando la demanda es baja.
Se instalan válvulas de alivio de seguridad configuradas a 230, 350 o 500 psi en el cilindro de líquido para asegurar que las presiones internas nunca alcancen el punto en que el cilindro podría romperse o explotar.
Con cilindros estándar de oxígeno y nitrógeno líquido, la capacidad de creación de presión es normalmente de alrededor de 300 scfh, con un flujo máximo de 350 scfh durante períodos breves.
Si la aplicación exige más flujo del que puede proporcionar un cilindro, se pueden agregar cilindros adicionales para suministrar la aplicación.
Al elegir un sistema de cambio, es bueno recordar que los cambios de presión diferencial no funcionan de manera eficiente con cilindros de líquido que suministran el producto.
Si la demanda de gas es demasiado alta para que un cilindro de líquido pueda satisfacerla, la presión de cabeza en el cilindro caerá por debajo del punto de cambio y creará una condición de vacío prematura o falsa.
Una solución es extraer el producto líquido del cilindro de líquido y pasarlo por un vaporizador externo para crear mayores volúmenes de producto gaseoso. Se pueden conectar varios cilindros de líquido a un colector criogénico para alimentar un suministro continuo de producto líquido a los vaporizadores.
Se puede usar un sistema de empuje para garantizar que se use todo el producto líquido en un cilindro y que se mantengan una presión y un flujo constantes hacia el vaporizador y la aplicación aguas abajo.
Con un sistema de empujador, la presión de salida (gas) de un cilindro de líquido separado (empujador) se usa para forzar el producto líquido fuera del (de los) cilindro(s) de líquido (esclavo) a través del colector criogénico y dentro del vaporizador.
Luego, se puede proporcionar un suministro ininterrumpido de gas a un sistema de gas de asistencia láser ubicando un sistema de empuje a cada lado de un sistema de conmutación completamente automático.
Con el sistema de empuje, solo está limitado por la capacidad nominal del vaporizador para producir un producto de gas y la cantidad de cilindros conectados para suministrar la aplicación.
Independientemente de la solución de suministro de gas que prefiera, es importante no esperar hasta el día de la entrega del láser para decidir qué equipo de manejo de gas se comprará. Es importante revisar todas las opciones disponibles con su distribuidor de gas local y permitir suficiente tiempo para obtener el sistema correcto para la aplicación.