服务咨询热线15851030435
网站首页
产品展示
成功案例
新闻动态
资料下载
联系我们
关于我们
咨询热线
15851030435
地址:南通市崇川区虹桥街道光明新村
传真:0515-85653550

新闻动态

当前位置:主页 > 新闻动态 >

激光切割,无需气瓶

发布时间:2019/12/02 09:32

激光切割,无需气瓶

小型制气系统

发布于:2019年12月2日

发表人:江苏科茂自动化有限公司

关于:激光切割机,制氮机

激光切割机

在过去的十年中,用于激光切割的辅助气体产生已经取得了很大的进步。随着越来越多的工厂扩大其激光切割能力,他们通常会再次着眼于辅助气体的消耗。更多的操作正在寻找输送气体的替代方法,其中包括现场产生气体-特别是氮气。

现场制氮的纯度已达到所谓的“五九水平”,即纯度达99.999 +%。

总部位于北卡罗来纳州威尔明顿的工业销售市场经理表示:“最新的制氮系统可以调整到应用所需的流速和纯度。”

对于常规的激光切割辅助气体应用而言,五九氮的纯度可能过高,但是某些机器元件可以从这种纯度中受益。市场上的某些切割头需要纯度为99.999%的氮气吹扫气,据梅西克称,一些较小的专用氮气发生系统已设计为提供吹扫气。

如果要切割厚的不锈钢,则99.99%的纯度(四个九而不是五个)将有助于防止切割边缘变色。一些不太关键的应用(例如薄规格低碳钢)可能不需要如此高的纯度。

康涅狄格州纽顿市气体系统的商业销售经理说:“据我们所知,对于大多数应用来说99.99%的纯度是相当标准的。”但他补充说,纯度要求确实有所不同,具体取决于激光切割机及其应用。

氧气呢?氧气生成系统已在市场上出售,尽管它们通常不是为激光切割而设计的。有可产生95%和99%的纯氧的系统。据该公司网站称,该系统已被用于在医疗应用甚至国际空间站中产生氧气。其在今年在芝加哥展会上,该公司表示:“我们的95%,而99%的变压吸附制氧机是理想的氧乙炔切割和焊接的气源。”

那么,这足以进行激光切割吗?纯度太低了。您仍然需要99.95%的氧气纯度。我们在激光切割市场上出售大量用于制氮的产品。大约十年前,我们与一家激光机器制造商一起测试了氧气的产生,但是氧气产生技术还没有用于激光切割的技术。

无论技术如何发展,都可以肯定的是:制造商正在寻找降低激光切割成本的方法-这包括内部产生辅助气体。

制氮的原理

尽管氮和氧在元素周期表上彼此紧邻,但这两个元素在压力下的行为却大不相同,这基本上是使车间激光切割产生氮气的原因。气体发生技术利用这种差异来分离氮分子并将其发送到激光切割机上。

工业应用以两种常见方式实现了这种分离。一种方法是使用可渗透的中空纤维膜。气体流过中空纤维,氧气通过纤维中的孔向外渗透。不能穿过孔的氮分子继续流向氮气存储罐。

制氮机
可以调整变压吸附制氮机,以满足制造商所需的纯度和流速要求。
 

膜系统通过限制出口流量,增加压力并迫使更多的氧气流出来控制流速。但是,缺点是限制了流量,因此可以从压缩空气流中抽出多少氧气是有限制的。

制氮车间中越来越普遍的制氮系统使用了另一种技术。这称为变压吸附或PSA。(与吸收不同,吸附是分子附着在吸附剂表面的过程。)在其中心是两个压力容器,里面装有所谓的碳分子筛(CMS)。该材料进行气体分子分离。

如果您在显微镜下观察CMS,它看起来就像是一小块非常多孔的木炭,运作方式如下。压缩空气被推入第一个CMS储罐,该储罐包含大约78%的氮气,21%的氧气和1%的微量气体。当空气进入​​储罐时,氧气被捕获在CMS材料中。在压力下,以防止其吸附到CMS小孔中的方式反应。氮气从CMS弹回并垂直通过储罐,然后进入低压氮气储罐。

随着第一个CMS储罐的饱和(意味着材料无法吸收任何额外的氧气),压力将发生波动,因此被称为“变压吸附”。第二个CMS储罐开始加压并开始一个分离循环,而第一个CMS储罐则进入进入排气模式。

在排气模式期间,会释放压力,这也会从CMS内部释放氧气。然后使用纯氮气吹扫,使其准备好进行下一个压力摆幅循环。

从压缩空气中分离出氮气并在低压氮气储罐中进行浓缩后,氮气将通过高压增压器并进入最终的高压储罐,然后再送入激光切割机。高压助推器的大小通常可设定为使所需的流量达到比激光进口处所需压力高75至100 PSI的存储压力。这在存储压力和使用点压力之间提供了良好的缓冲。

高压气体辅助激光切割通常在激光的入口处需要300至400 PSI激光切割应用通常使用所谓的无油加压器,这是有充分理由的。任何残留的油都可能损坏激光器的光学器件,导致更换和生产停工的巨大费用。

氮气发生器的大小取决于所需的纯度,每小时流量和压力。随着纯度的提高,您会损失氮气生成系统的流量。相反,如果流速增加,则会损失纯度。为了获得更高的流速和纯度,您需要一个更大的氮气发生器,该发生器具有更多的CMS材料和更大的表面积,从而可以进行更多的氮气分离。

当谈到制氮机的效率时,您应该考虑制造一立方英尺特定纯度的氮气需要多少压缩空气。

制氮机
碳分子筛或CMS吸收氧气和其他分子,并允许氮气通过。
 

较高纯度的氮气需要更多的压缩空气,较低纯度的氮气需要更少的压缩空气。较高的纯度还需要更多的CMS材料。为了实现最大的成本节省和效率,将氮气发生器的尺寸调整到适合您的材料和实际要切割的厚度的纯度非常重要。

问题是定制制造商可能需要的最高纯度可能需要昂贵的制氮系统。对于制造商而言,一种简单的解决方案是根据其绝大部分的氮需求确定氮生成系统的尺寸,然后为需要它的工作添加液氮杜瓦瓶。如果您偶尔需要切割不锈钢工作,则可以应该引入液氮杜瓦瓶。

如今,一些系统允许制造商使用“纯度交换”阀来调节纯度,以适应他们的需求。例如,假设一家工厂仅偶尔切割厚不锈钢。这将需要纯度为99.99%的氮气辅助气体。但是,对于大多数薄规格低碳钢制品而言,始终如一的99.90%纯氮气流也是合适的。

考虑到典型班次中车间的放气时间,该操作需要一种能够每小时以1,000立方英尺的速度生产氮气的系统。这是发生器可以产生的瞬时流量,而不是一小时内实际消耗的氮气量。该量将提供足够的缓冲液,以确保生成系统的储罐始终具有激光切割机所需的氮气。

在大多数时间里,激光需要纯度为99.90%的氮气辅助气体,但是偶尔使用厚不锈钢会提高氮气纯度至99.99%。为了将1,000 CFH维持在较高的纯度水平,在氮气发生系统中需要更大,更昂贵的组件。

但是还有另一种方法,这就是纯度交换阀起作用的地方。现在可以设计一个系统,以通过CMS以1,000 CFH的流量生产99.90%的纯氮气,这适用于大多数工厂的低碳钢切割工作。

但是,偶尔出现厚不锈钢作业时,制造商会将纯度交换阀调整到高纯度设置。这将纯度提高到99.99%,进而降低了氮气发生器的流量。当然,较低的CFH不足以支持激光器进行的所有切割,但是只要CFH根据需要降低(再次,对于偶尔的厚不锈钢作业),就足够了。

您需要多少氮气?

这表明制氮系统已发展为适应定制制造商的复杂需求,这导致了另一个因素:制氮系统的尺寸。

如果激光切割操作日复一日,一小时又一小时地进行切割,则最好根据峰值流速(即所需的最高氮气流量加上更多的良好流量)来确定制氮系统的大小,以确保工作时永远不会缺氮。如果激光器的辅助气体入口消耗350 PSI,则制氮系统的储罐的尺寸应设定为较高的压力,例如450 PSI(350 PSI以满足峰值需求,再加上100-PSI缓冲液)。

当激光开始切割时,储罐将开始下降并降低压力。一旦下降25 PSI,增压器就会与发电机和空气压缩机一起启动,您的系统开始产生氮气。一旦完成切割,您的氮气储罐将被抽回到450 PSI,整个系统将进入待机状态。

制氮机
一排16包高压气瓶(右)用作缓冲器,使制氮系统能够适应不同的需求水平。
 

假设在换班期间制氮机有很高的工作时间,将非常适合具有高度自动化的材料处理能力的激光切割机以及需要大切割的大型零件的工作。

实际上,没有人将时间减少60分钟。当激光切割机工作时,您的气体流量可能为3,000 SCFH(每小时标准立方英尺),但是如果您只有60%的工作时间,则在整个过程中仅消耗1,800立方英尺。那个小时。

在这种情况下,车间可以根据平均每小时消耗量(例如1,800 SCFH)确定制氮系统的大小。但是,工厂不是将单个储罐的压力设为450 PSI,而是将发电机与16包高压钢瓶(由氮气生成系统填充至2,400 PSI或更高)结合使用,用作缓冲操作的缓冲液超过平均水平的切割天。与低压储罐相比,这些高压缸可以在很小的空间内储藏大量气体。

设置系统首先要根据所使用的最大激光切割喷嘴直径确定最大流量,然后将该数字乘以一个小时内的平均光束开启时间-是1,800 SCFH(3,000 SCFH流量60%的光束接通时间)。该制氮机使用较小的空气压缩机和其他组件,其尺寸可减小至1800-SCFH的平均使用量。当氮气离开发生器时,它会通过高压增压器进入那16包气瓶,这些气瓶总共以2400 PSI的压力容纳4000标准立方英尺(SCF)的氮气。

这16包圆柱体充当激光和发生器组件之间的缓冲器。在16件装箱中建立的4,000 SCF的存储量将在需求高峰时补充氮气发生器的性能。

这使您的系统能够以1,800 SCFH的速度产生氮气,但能跟上需要3,000 SCFH的激光以及60%的光束接通时间,它还允许制造商以更高的流量进行更短的生产。假设车间的工作很少,需要更大的喷嘴设置或更高的切割压力,而在相同的60%的开启时间的情况下,要求流量为4,000 SCFH。这意味着它将消耗2,400 SCFH。使用相同的1,800-SCFH发生器,制造商可以切割6个小时以上。

您消耗的氮气量为2,400 SCFH,生产的氮气量为1,800 SCFH。短缺了600 SCFH但是,您有16个储气罐,其中包含4,000个SCF,可以作为短缺的缓冲。

为了在更高的流速下运行更长的时间,制造商可以添加第二个或第三个16储气罐。许多每天只减少一次轮班的商店可能会选择采用这种配置,甚至是一个较小的系统,并允许在下班后重新加油。

该缓冲区在维护系​​统时也有帮助。制氮机需要清洁,干燥的压缩空气,因此制造商需要遵循增压机和空气压缩机的预防性维护(PM)时间表。但是,当他们这样做时,系统将无法产生氮气。在这段时间内,激光器可以依靠16个装瓶的气瓶缓冲器来保持激光器在氮气系统PM期间的切割状态。

为什么不加制氧?

用激光切割氧气背后的物理原理要求氧气必须非常纯净。尽管氧气的标准纯度为99.5%,但激光切割得益于更高的氧气纯度。我们用于激光切割的氧气纯度的最低规格为99.95%。各种激光机制造商都建议使用相同的纯度。

考虑到许多商店使用车间空气对稀薄原料进行激光切割,因此对高纯度水平的要求有点违反直觉。但是,当氧气为辅助气体时,激光切割的性质会发生变化。当氮气(和车间空气,主要是氮气)从切缝中排出材料时,氧气辅助气体也会通过放热反应刺激切割,从而有效切割厚碳钢。同样,气体生成的成本效益分析看起来也大不相同,这取决于激光切割操作实际使用了多少氧气。

PSA氧气发生器可用,仅在这种情况下,它们使用设计用于分离氧气而不是氮气的不同分子筛(由称为沸石的材料制成)。问题在于纯度通常在92%至95%之间。

为什么常规PSA至少对于建议的激光切割纯度而言,对氮气而不对氧气如此有效?这种氧气用于吹制玻璃和其他领域的工业氧气。分子筛将氮分离开来,但是一些氩气最终却与氧气一起流失了。”

尽管高纯度氧气已经进入了激光切割市场,甚至在去年委托进行了超高纯度氧气的研究,但此后,它又重新聚焦于其现有的氧气产生业务。除了目前在玻璃吹制和兽医行业的业务外,该公司还希望将其业务扩展到其他金属加工领域,包括焊接和火焰切割。

我们一直在使用燃气喷枪进行氧气切割应用。纯度仍然是那些应用程序的问题,但它在很大程度上取决于您所使用的燃料。在某些情况下,百分之93的[纯氧]当然可以起作用。使用丙烷(作为燃料气体)的许多人发誓要使用[制氧]技术。”使用汽油作为燃料气体产生氧气已显示出特别的希望。他补充说,OGSI还出售了用于钎焊应用的制氧系统。

某些达到99%纯度的制氧系统采用了多个阶段-但同样,它们不是为激光切割而设计的。根据现场气体系统的网站,“ 99%的PSA制氧机是一个多级系统,始于95%的制氧机。然后,将95%的氧气进行第二阶段的处理,以产生99%的氧气,最后阶段又通过氧气增强器进行处理。然后可以在罐中以所需的压力获得气体。”

一个PSA系统能否同时产生氮气和氧气?根据消息来源,这不太可能。“ PSA系统针对一种气体进行了优化,” Schlehr说。“在氧气生产中,您可以使用分离出来的氮气吗?如果制造商确实希望为多种应用(火焰切割,焊接,激光切割等)同时产生氮气和氧气,那么它可能会做到这一点。两种不同的系统。

激光切割的氧气生成可能还没有开始(至少还没有开始),但是氮气生成肯定已经开始了,这种趋势似乎不会很快改变。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn