Generator azotu do cięcia laserowego: czystość, ciśnienie i wydajność
Na maszynie tnącej azotem gaz to największy koszt zmienny, a zarazem jedyny, którego przed zakupem generatora nikt nie przelicza. NITROBERG® wytwarza ten azot u Państwa na miejscu, ze sprężonego powietrza, w czystości od 97 % do 99,999 %. Wyjaśniamy tu, czego Państwa cięcie naprawdę wymaga pod względem czystości, ciśnienia i wydajności, żeby dobrać generator azotu do cięcia laserowego pod konkretne detale, a nie pod kartę katalogową.
Co musi zapewnić generator azotu przy cięciu laserowym
Cięcie azotem to cięcie przez topienie. Wiązka topi materiał, a gaz pomocniczy wydmuchuje stopiony metal ze szczeliny cięcia. Tlen wchodziłby w reakcję i dopalał materiał, co jest szybsze i tańsze, ale zostawia na krawędzi warstwę tlenków. Azot nie reaguje. Krawędź wychodzi czysta i jasna, gotowa do spawania lub malowania bez dodatkowej obróbki, a strumień gazu chłodzi strefę cięcia, co chroni cienką blachę przed odkształceniem.
Płaci się za to gazem. Ponieważ stopiony materiał jest usuwany mechanicznie, a nie wypalany, cięcie azotem wymaga jednocześnie wydajności i ciśnienia. Laser światłowodowy (fiber) o mocy 6 kW przy pełnej prędkości cięcia pobiera od 40 do 60 Nm³/h. Po pomnożeniu tego przez godziny pracy maszyny wynik przestaje być szczegółem technicznym: na maszynie tnącej azotem gaz pomocniczy jest zwykle największą pozycją zmienną w stawce godzinowej.
Dlatego właściwe pytanie nie brzmi, który generator ma najwyższą liczbę w karcie katalogowej, tylko ile gazu naprawdę potrzebują Państwa detale, przy jakiej czystości i przy jakim ciśnieniu. Generator PSA pozyskuje ten gaz ze sprężonego powietrza: przepuszcza je przez węglowe sito molekularne (CMS), które wiąże tlen i wilgoć znacznie szybciej niż azot. Instalacja pracuje na dwóch złożach: kiedy jedno produkuje azot, drugie się regeneruje. Strona o generatorze azotu PSA opisuje ten proces, a artykuł o węglowym sicie molekularnym wyjaśnia, dlaczego to właśnie sito decyduje o tym, co instalacja może osiągnąć.
Jakiej czystości azotu naprawdę wymaga cięcie laserowe
Czystość to parametr, przy którym instalacje laserowe najczęściej są przewymiarowane. Poniższa tabela podaje klasy stosowane zwykle w praktyce. Prosimy porównać je z własnymi parametrami cięcia i wymaganą jakością krawędzi, ponieważ przesuwają się one wraz z materiałem, grubością blachy i tym, co dzieje się z detalem później.
| Materiał i wymagana jakość krawędzi | Typowa klasa | Dlaczego |
|---|---|---|
| Stal konstrukcyjna (czarna) cięta azotem | 99,9 % | Jasna krawędź cięcia bez warstwy tlenków |
| Stal nierdzewna, cienka blacha | 99,9 % | Standardowe cięcie azotem |
| Stal nierdzewna, krawędź widoczna lub gotowa do spawania | 99,95 % | Tlen resztkowy zaczyna przebarwiać krawędź |
| Stal nierdzewna, duże grubości | 99,95 % i wyżej | Dłuższy czas przebywania stopionego metalu w szczelinie |
| Aluminium | 99,95 % | Warstwa tlenków tworzy się bardzo łatwo |
| Detale precyzyjne, gdzie dodatkowa obróbka jest wykluczona | 99,999 % | Przypadek szczególny, nie reguła |
Poniżej tych klas pogorszenie następuje stopniowo, a nie nagle. Tlen resztkowy reaguje ze stopionym metalem na ściance szczeliny, a pierwsze, co widać, to przebarwienie powierzchni cięcia, od słomkowego po niebieskie. Potem pojawia się cienka warstwa tlenków, którą trzeba usunąć przed malowaniem lub spawaniem, przez co wykończenie krawędzi znów wymaga osobnej operacji. Przy dużych grubościach efekt się nasila, bo stopiony metal dłużej zostaje w szczelinie i ma więcej czasu na reakcję.
Praktyczny zakres dla cięcia laserowego mieści się więc między 99,9 % a 99,95 %. Wyższe klasy mają dobre uzasadnienie w innych zastosowaniach, czasem także tutaj, ale są wyjątkiem, a nie wartością, od której należy zaczynać dobór.
Ile kosztuje wyższa czystość w sprężonym powietrzu
Każda wielkość NITROBERG® zużywa na metr sześcienny azotu określoną ilość sprężonego powietrza. Ta proporcja, czyli współczynnik zużycia sprężonego powietrza, jest identyczna w całej serii i zależy wyłącznie od ustawionej czystości.
| Czystość | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Współczynnik powietrza | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Prosimy podstawić własne liczby. Zakład, który potrzebuje 50 Nm³/h azotu, przy 99,9 % pobiera około 170 Nm³/h sprężonego powietrza. Jeśli w zapytaniu pojawi się zamiast tego 99,999 %, tych samych 50 Nm³/h wymaga już około 320 Nm³/h sprężonego powietrza. To niemal dwa razy większa sprężarka, dwa razy większy rachunek za prąd i dwa razy większa sprężarkownia, a wszystko to dla jakości gazu, której cięcie i tak nie wykorzysta.
To najdroższa decyzja w całym projekcie, a zapada nie przy maszynie, tylko na formularzu zapytania. Dziesięć minut spędzonych nad własnymi parametrami cięcia zwraca się, zanim ktokolwiek wyceni sprzęt.
Jakie ciśnienie daje generator azotu do lasera i kiedy potrzebny jest doprężacz
Ciśnienie azotu na dyszy przy stali nierdzewnej wynosi zwykle od 8 do 14 bar. Przy dużych grubościach i mocnych laserach światłowodowych dochodzi do 20 bar, a gdy grubą stal konstrukcyjną tnie się azotem zamiast tlenem, sięga od 22 do 30 bar.
Sam stopień PSA takiego ciśnienia nie wytworzy, i dotyczy to każdego producenta. NITROBERG® pracuje z ciśnieniem roboczym 10 bar przy sprężonym powietrzu 7 bar(g) na wejściu. W całej branży standardowe generatory azotu PSA i membranowe osiągają maksymalnie około 14 bar. Wszystko powyżej pochodzi z doprężacza azotu, zwanego też boosterem. Kiedy dostawca podaje w ofercie 30 bar na głowicy tnącej, zapewnia je właśnie doprężacz.
Różnica polega na tym, skąd ten doprężacz pochodzi. Berg buduje generator, a BERG Group produkuje również sprężarki, urządzenia do uzdatniania sprężonego powietrza i doprężacze wysokociśnieniowe, w tym przystosowaną do azotu serię KOMPBERG® sięgającą 350 bar. Stacja sprężarek, uzdatnianie, osuszacz, generator, zbiornik i doprężacz pochodzą więc z jednej grupy, a nie od czterech dostawców. W praktyce generator azotu do lasera i stopień doprężania są dobierane razem, a Państwo mają jedną gwarancję, jednego rozmówcę i jednego partnera, który policzył cały ciąg, zamiast czterech dostawców, z których każdy wskazuje na sąsiedni element instalacji.
Generator azotu: praca na bieżąco czy ze zbiornika buforowego?
Zanim ktokolwiek wybierze model, to właśnie ta decyzja ustala wielkość całej instalacji. I to właśnie ją najczęściej się pomija.
Praca na bieżąco
Generator produkuje w czasie, gdy laser tnie. Zarówno generator, jak i sprężarka muszą pokryć szczyt, więc obydwa dobiera się pod najbardziej obciążony moment dnia. To rozsądna droga, gdy laser pracuje dłużej niż mniej więcej dwanaście godzin dziennie albo gdy roczne zużycie przekracza mniej więcej 100 000 Nm³.
Praca ze zbiornika
Generator pracuje także wtedy, gdy laser stoi, i napełnia zbiornik, z którego maszyna pobiera gaz. Szczyty pokrywa bufor, a nie generator, dzięki czemu i generator, i sprężarka mogą być zauważalnie mniejsze. To pasuje do zakładów tnących krócej niż mniej więcej dwanaście godzin dziennie, czyli do większości zakładów pracujących na jedną zmianę.
Progi są wartościami orientacyjnymi, a nie obietnicą, i przesuwają się zależnie od tego, jak równomiernie cięcie rozkłada się w ciągu dnia. Ważne jest, żeby to pytanie w ogóle padło. Dwa zakłady z tym samym laserem i tym samym zużyciem rocznym mogą skończyć z zupełnie różnymi instalacjami, a różnica leży w inwestycji, nie w cięciu.
Jak dobrać generator azotu do cięcia laserowego
Ustalić wydajność szczytową
Wynika ona ze średnicy dyszy, ciśnienia azotu na dyszy i materiału; liczymy ją dla każdej maszyny osobno. Przy więcej niż jednym laserze należy przyjąć realny współczynnik jednoczesności zamiast sumy wszystkich maszyn. Dodawanie szczytów każdej maszyny to najczęstsza droga do przewymiarowanej instalacji, bo dwa lasery rzadko tną gruby materiał przy pełnym ciśnieniu w tym samym momencie.
Ustalić czystość według wymaganej jakości krawędzi
Nie według najwyższej dostępnej klasy. Powyższa tabela jest punktem wyjścia, a potwierdzeniem są własne parametry cięcia.
Rozstrzygnąć, czy praca na bieżąco, czy ze zbiornika
Decydują godziny cięcia na dobę, a decyzja zmienia wielkość generatora, zanim jeszcze zostanie wybrany model.
Sprawdzić sprężone powietrze
Wydajność razy współczynnik powietrza daje zapotrzebowanie. Jakość liczy się tu tak samo jak ilość i to o niej najczęściej się zapomina: pozostałości oleju i wilgoć resztkowa skracają żywotność węglowego sita molekularnego, przez co zbyt mały osuszacz kosztuje w ciągu pięciu lat więcej niż nieco za mała sprężarka. NITROBERG® wymaga sprężonego powietrza zgodnego z ISO 8573-1:2010 klasa 1.4.1 przy 7 bar(g).
Potrzebujesz wymiarowania dla swojej aplikacji?
Prześlij nam profil zużycia i dane operacyjne. Nasz zespół inżynierski dobierze odpowiedni generator.
Wielkości NITROBERG® do cięcia laserowego
Poniższe wielkości obejmują zakres, w który wpisuje się większość instalacji laserowych. Wydajność azotu podano dla trzech klas, które mają tu znaczenie, a obok podano sprężone powietrze potrzebne przy 99,9 %.
| Model | N₂ przy 99,9 % | N₂ przy 99,99 % | N₂ przy 99,999 % | Sprężone powietrze przy 99,9 % |
|---|---|---|---|---|
| NITROBERG® 1000 | 34,4 Nm³/h | 18,5 Nm³/h | 10,1 Nm³/h | 117,1 Nm³/h |
| NITROBERG® 1100 | 45,1 Nm³/h | 24,2 Nm³/h | 13,2 Nm³/h | 153,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 1200 | 55,8 Nm³/h | 29,9 Nm³/h | 16,3 Nm³/h | 189,6 Nm³/h |
| NITROBERG® 1300 | 78,7 Nm³/h | 42,2 Nm³/h | 23,0 Nm³/h | 267,6 Nm³/h |
| NITROBERG® 1400 | 109,9 Nm³/h | 59,0 Nm³/h | 32,2 Nm³/h | 373,6 Nm³/h |
Pojedynczy laser światłowodowy o mocy 6 kW i poborze od 40 do 60 Nm³/h przy 99,9 % mieści się między wielkością 1100 a 1200. Druga maszyna albo grubszy materiał przesuwa dobór w górę, a praca ze zbiornika zamiast na bieżąco w dół. Seria na tym się nie kończy i sięga 1 709,1 Nm³/h dla zakładów z halą pełną maszyn.
Tam, gdzie na miejscu nie ma odpowiedniego sprężonego powietrza, generator azotu do lasera planuje się jako kompletną instalację, a nie jako pojedynczą maszynę: stacja sprężarek, uzdatnianie sprężonego powietrza, bufor, generator, zbiornik azotu i stacja doprężania, zaprojektowane jako jeden ciąg. Kompletna instalacja azotowa obejmuje gotowe do podłączenia konfiguracje plug and play w dolnej części serii, a powyżej tych wielkości ten sam ciąg składa się jako projekt. Urządzenia ciśnieniowe NITROBERG® objęte zakresem dyrektywy ciśnieniowej 2014/68/UE przechodzą ocenę zgodności w ramach certyfikowanego zakresu. Projektowanie i produkcja są Made in Germany.
Azot wytwarzany na miejscu a zbiorniki i butle
Azot do cięcia laserowego można kupować w butlach, pobierać ze zbiornika ciekłego azotu albo wytwarzać u siebie. Przy ciśnieniach potrzebnych do cięcia pojedyncza butla starcza na minuty, a nie na zmiany, przez co butle nadają się do detalu próbnego, a nie do zasilania produkcji. Zbiornik ciekłego azotu rozwiązuje ten problem i zapewnia zarówno czystość, jak i wydajność szczytową. Nie rozwiązuje natomiast tego, że licznik bije niezależnie od tego, czy Państwo tną, czy nie: czynsz dzierżawny biegnie także w spokojnych tygodniach, azot odparowuje również w nocy, umowy zawierają klauzule waloryzacyjne, a harmonogram dostaw, którego Państwo nie ustalają, decyduje o tym, kiedy zbiornik jest pełny.
Wytwarzanie na miejscu zamienia to wszystko na inwestycję i rachunek za prąd, który da się wpisać w stawkę godzinową. W porównaniu z zakupem gazu skroplonego generator PSA firmy Berg zwraca się zwykle w ciągu dwóch do trzech lat.
Czystość, którą Państwo ustawiają
Generator ustawia się na klasę, której potrzebują Państwa detale, a nie na najwyższą z karty katalogowej. To jedno ustawienie decyduje o wielkości sprężarki stojącej za nim, a właśnie tam powstają koszty eksploatacji.
Standardowe części eksploatacyjne
Filtry i materiały eksploatacyjne to elementy standardowe, dostępne na wolnym rynku. Po zakupie nikt nie zmusza Państwa do kupowania części wyłącznie u producenta, a to pytanie warto zadać każdemu dostawcy, którego Państwo porównują: skąd pochodzą jego filtry?
Cały ciąg z jednej grupy
Generator NITROBERG®, sprężarki i doprężacze KOMPBERG®, uzdatnianie sprężonego powietrza, osuszacz i zbiornik powstają w ramach BERG Group. Jedna gwarancja i jeden partner odpowiedzialny za cały ciąg, zamiast czterech dostawców stykających się na granicy zakresu.
Bezpośredni dostęp do biura konstrukcyjnego
Pytania o dobór trafiają do ludzi, którzy projektują te instalacje, a nie do call center. Gwarancja wynosi trzy lata w standardzie i do pięciu lat przy umowie serwisowej.
FAQ: generatory azotu do cięcia laserowego
Laser światłowodowy o mocy 6 kW przy pełnej prędkości cięcia pobiera mniej więcej od 40 do 60 Nm³/h. Wartość ta zmienia się wraz ze średnicą dyszy, ciśnieniem azotu na dyszy i materiałem, a nie wyłącznie z mocą lasera, ponieważ większa dysza przepuszcza przy tym samym ciśnieniu więcej gazu. Przy grubej stali konstrukcyjnej ciętej azotem pod ciśnieniem od 22 do 30 bar zużycie sięga od 40 do 120 Nm³/h. Do doboru należy wziąć wydajność szczytową każdej maszyny, przy kilku maszynach przyjąć realny współczynnik jednoczesności i doliczyć zapas na maszynę, która zostanie kupiona jako następna.
W praktyce od 99,9 % do 99,95 %. Dolna granica tego zakresu daje jasną krawędź bez warstwy tlenków na cienkiej stali nierdzewnej i na stali konstrukcyjnej ciętej azotem. Górna granica jest normą tam, gdzie krawędź pozostaje widoczna w gotowym detalu, gdzie trafia prosto do spawania, albo przy większych grubościach i przy aluminium, ponieważ tlen resztkowy ma tam więcej czasu na przebarwienie krawędzi. Klasy 99,999 % istnieją dla precyzyjnych detali, które nie dopuszczają żadnej dodatkowej obróbki, ale są przypadkiem szczególnym i niemal podwajają zapotrzebowanie na sprężone powietrze dla tej samej ilości gazu.
W przypadku NITROBERG® sam stopień PSA daje 10 bar, przy sprężonym powietrzu 7 bar(g) na wejściu. W całej branży standardowe generatory azotu PSA i membranowe osiągają maksymalnie około 14 bar. Wyższe ciśnienia na dyszy pochodzą z doprężacza i dotyczy to każdego dostawcy, także tych, którzy podają w ofercie 30 bar na dyszy. W firmie Berg doprężacz powstaje w ramach BERG Group, gdzie przystosowana do azotu seria KOMPBERG® sięga 350 bar, dzięki czemu generator i stojący za nim stopień sprężania są projektowane razem, a nie kupowane osobno.
Możliwe, a liczbę da się łatwo sprawdzić, zanim ktokolwiek przygotuje ofertę. Wydajność azotu należy pomnożyć przez współczynnik powietrza dla wybranej czystości: 3,4 przy 99,9 % i 6,4 przy 99,999 %. Praca ze zbiornika zamiast na bieżąco wyraźnie obniża tę wartość, ponieważ sprężarka nie musi już pokrywać szczytu. Liczy się także jakość powietrza, a nie tylko jego ilość, bo to od jakości zależy żywotność sita. NITROBERG® wymaga sprężonego powietrza zgodnego z ISO 8573-1:2010 klasa 1.4.1.
Decydują godziny cięcia. Powyżej mniej więcej dwunastu godzin dziennie albo powyżej rzędu wielkości 100 000 Nm³ rocznie praca na bieżąco zwykle ma sens, ponieważ bufor nie miałby spokojnego okresu na uzupełnienie. Poniżej tego progu praca do zbiornika pozwala, żeby i generator, i sprężarka były mniejsze, bo szczyty pokrywa bufor. Obie wartości są orientacyjne i przesuwają się zależnie od tego, jak równomiernie cięcie rozkłada się w ciągu dnia.
Jakość cięcia wynika z czystości i ciśnienia na dyszy, a nie z pochodzenia gazu. Generator ustawiony na klasę, której potrzebują Państwa detale, daje przy tym samym ciśnieniu na głowicy tnącej taką samą krawędź jak gaz dostarczony w tej samej specyfikacji. Różnica polega na tym, że czystość jest ustawieniem, które Państwo wybierają i na bieżąco kontrolują, a nie liczbą na dokumencie dostawy, więc jej spadek widać jako alarm, zanim będzie go widać na detalu.
Nie. Części eksploatacyjne to komponenty standardowe, a nie zamknięty program producenta, dzięki czemu na częściach i serwisie da się porównywać oferty i negocjować ceny: filtry można kupować tam, gdzie się chce. W całym okresie użytkowania instalacji ma to zwykle większe znaczenie niż różnica w cenie zakupu. Gwarancja wynosi trzy lata w standardzie i do pięciu lat w połączeniu z umową serwisową.