เปรียบเทียบประเภทแก๊สช่วยสำหรับตัดเลเซอร์ไฟเบอร์อย่างสมบูรณ์ — ต้นทุนต่อเมตร คุณภาพขอบ การตั้งค่าแรงดัน และคำแนะนำเฉพาะวัสดุ
หากคุณมีเครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์ แก๊สที่คุณใช้สำคัญกว่าที่คนส่วนใหญ่คิด เลือกผิดและคุณกำลังเผาเงินในทุกเมตรที่คุณตัด เลือกถูกและคุณประหยัดเงินหลายพันดอลลาร์ต่อปีพร้อมขอบตัดที่ดีกว่า
ผมทำงานกับระบบตัดเลเซอร์มาหลายปีแล้ว และสิ่งหนึ่งที่ยังเห็นโรงงานทำผิดคือการเลือกแก๊สช่วย พวกเขา要么ใช้ตามที่ซัพพลายเออร์แนะนำ หรือ要么ใช้แก๊สชนิดเดียวสำหรับทุกอย่าง ทั้งสองวิธีไม่ได้ผลดี นี่คือสิ่งที่ผมได้เรียนรู้
ก่อนที่เราจะเข้าสู่ตัวเลข นี่คือภาพรวมสั้นๆ ว่าแก๊สแต่ละชนิดทำงานอย่างไรระหว่างการตัด
ออกซิเจนช่วยเร่งปฏิกิริยาคายความร้อน เลเซอร์ให้ความร้อนแก่โลหะ ออกซิเจนจุดติดไฟ และความร้อนพิเศษนี้ช่วยให้คุณตัดวัสดุหนาขึ้นด้วยกำลังไฟที่น้อยลง คุณได้ความเร็วตัดที่เร็วขึ้นบนเหล็กกล้าคาร์บอนแต่ขอบจะเกิดออกซิเดชัน — เปลี่ยนเป็นสีเข้ม บางครั้งหยาบ ชั้นออกไซด์อาจเป็นปัญหาได้หากคุณต้องเชื่อมหลังการตัด
ไนโตรเจนเป็นแก๊สเฉื่อย มันขับไล่ออกซิเจนออกจากบริเวณตัด ดังนั้นขอบจึงสะอาดและสว่าง — ไม่เกิดออกซิเดชันเลย นั่นคือเหตุผลที่สแตนเลสและอะลูมิเนียมมักใช้ไนโตรเจนเสมอ ข้อเสีย: ไนโตรเจนมีต้นทุนต่อลูกบาศก์เมตรสูงกว่าออกซิเจนหรืออากาศอัด
อากาศอัดส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจน — ประมาณ 78% — ผสมกับออกซิเจน 21% บวกกับไอน้ำและน้ำมันเล็กน้อยหากคุณไม่ได้กรอง มันเป็นตัวเลือกที่ถูกที่สุด คุณภาพขอบอยู่ระหว่างออกซิเจนและไนโตรเจน ออกซิเดชันเล็กน้อย ไม่สว่างสมบูรณ์แบบ แต่ก็ดีพอสำหรับงานหลายอย่างที่มองไม่เห็นขอบ
นี่คือจุดที่การคำนวณน่าสนใจ ผมรวบรวมประมาณการเหล่านี้จากราคาแก๊สอุตสาหกรรมทั่วไปและอัตราการใช้สำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์ 6kW ที่ตัดสแตนเลส 3mm:
| ประเภทแก๊ส | แรงดัน (bar) | อัตราการไหล (m³/h) | ต้นทุนต่อ m³ | ต้นทุนต่อชั่วโมง | ต้นทุนต่อเมตร* |
|---|---|---|---|---|---|
| ไนโตรเจน (ถัง) | 12–18 | 15–25 | ~$0.30 | $4.50–$7.50 | $0.038 |
| ไนโตรเจน (เหลวเทกอง) | 12–18 | 15–25 | ~$0.05 | $0.75–$1.25 | $0.006 |
| ออกซิเจน (ถัง) | 3–6 | 5–10 | ~$0.12 | $0.60–$1.20 | $0.005 |
| อากาศอัด (ในสถานที่) | 6–10 | 10–18 | ~$0.01 | $0.10–$0.18 | $0.001 |
* อิงจากสแตนเลส 3mm ที่ 6kW ความเร็วตัด ~200 ม./นาที ราคาแตกต่างกันไปตามภูมิภาคและซัพพลายเออร์ ราคา N₂ ถังจากผู้จัดจำหน่ายแก๊สอุตสาหกรรม ราคา N₂ เหลวเทกองจากอัตราที่เผยแพร่ของ Praxair/Linde ต้นทุนอากาศอัดเป็นค่าไฟฟ้าเท่านั้น
นี่คือสิ่งที่หลายคนพลาด การซื้อไนโตรเจนในถังมีราคาแพงกว่าแบบเหลวเทกองประมาณ 6 เท่า หกเท่า โรงงานที่เปลี่ยนมาใช้ถังเทกองมักจะคืนทุนภายใน 18 เดือน
อากาศอัดแทบจะฟรีเมื่อเทียบกัน — ประมาณ $0.10–$0.18 ต่อชั่วโมงเป็นค่าไฟ แต่คุณต้องคำนึงถึงต้นทุนเครื่องอัดอากาศและเครื่องอบแห้ง เครื่องอัดอากาศแบบสกรูที่ดีกับเครื่องอบแห้งแบบทำความเย็นมีราคา $5,000–$12,000 ขึ้นอยู่กับกำลัง
ตารางนี้บอกคุณว่าควรใช้แก๊สชนิดใด ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณกำลังตัด:
| วัสดุ | ความหนา | แก๊สแนะนำ | คุณภาพขอบ | แก๊สสำรอง |
|---|---|---|---|---|
| เหล็กกล้าคาร์บอน | 1–6mm | ออกซิเจน | ดี มีออกซิเดชันที่ขอบ | อากาศอัด (บาง) |
| เหล็กกล้าคาร์บอน | 6–25mm | ออกซิเจน | พอใช้ ออกไซด์หนัก | — |
| สแตนเลสสตีล | 1–3mm | ไนโตรเจน | ยอดเยี่ยม ขอบสว่าง | อากาศอัด (ไม่สำคัญ) |
| สแตนเลสสตีล | 3–8mm | ไนโตรเจน | ดี มีรอยเส้นเล็กน้อย | — |
| อะลูมิเนียม | 1–6mm | ไนโตรเจน | ดี สว่าง | อากาศอัด (บาง) |
| ทองแดง / ทองเหลือง | 1–3mm | ไนโตรเจน | ดี | — |
สิ่งหนึ่งที่หลายคนมองข้าม: อากาศอัดทำงานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจสำหรับสแตนเลสบาง (ต่ำกว่า 2mm) และเหล็กกล้าคาร์บอนบาง (ต่ำกว่า 3mm) ขอบจะไม่สะอาดเท่าไนโตรเจน แต่ถ้าชิ้นส่วนนั้นจะถูกเชื่อมหรือพ่นสี ใครจะสน? นั่นคือจุดประหยัดส่วนใหญ่
วิธีการจ่ายแก๊สของคุณสำคัญเกือบเท่ากับตัวแก๊สเอง นี่คือการเปรียบเทียบตัวเลือก:
ดีที่สุดสำหรับโรงงานปริมาณน้อยหรือโรงงานที่ตัดน้อยกว่า 20 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ ไนโตรเจนแบบถังมักมีราคา $0.25–$0.35 ต่อ m³ คุณจ่ายเพื่อความสะดวก ข้อเสีย: คุณต้องเปลี่ยนถังบ่อยๆ ในปริมาณมาก และต้นทุนต่อหน่วยสูง
ดีที่สุดสำหรับโรงงานที่ทำงาน 40+ ชั่วโมงต่อสัปดาห์ ไนโตรเจนเหลวที่ส่งในถังเทกองลดต้นทุนเหลือ约 $0.04–$0.06 ต่อ m³ นั่นคือการลดลง 80% จากราคาถัง คุณต้องมีพื้นที่สำหรับถัง (ปกติ 1,000–3,000 ลิตร) และซัพพลายเออร์ติดตั้งฟรีหากคุณทำสัญญา
อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ PSA (pressure swing adsorption) เพื่อแยกไนโตรเจนจากอากาศ ต้นทุนทุนคือ $15,000–$40,000 สำหรับระบบที่รองรับเครื่อง 6kW หากคุณเดินเครื่อง 60+ ชั่วโมงต่อสัปดาห์ เครื่องผลิตสามารถลดต้นทุนของคุณต่ำกว่า $0.02 ต่อ m³ คืนทุน通常 2–3 ปีเมื่อเทียบกับการจ่ายด้วยถัง
อากาศอัดเป็นตัวเลือกที่ถูกที่สุด เครื่องอัดอากาศแบบสกรู 15kW พร้อมเครื่องอบแห้งจะรองรับระบบเครื่องเดียวส่วนใหญ่ ต้นทุนการดำเนินงานคือค่าไฟเท่านั้น — ประมาณ $0.05–$0.15 ต่อชั่วโมงการทำงาน แต่คุณต้องกรองอากาศอย่างถูกต้อง หากไม่มีไส้กรองรวมและเครื่องอบแห้งที่ดี ความชื้นและคราบน้ำมันจะทำลายเลนส์หัวตัดเลเซอร์ของคุณ
ขอพูดตรงๆ เลย ไนโตรเจนให้ขอบที่ดีที่สุด พื้นผิวตัดออกมาสว่าง เรียบเนียน และไม่มีออกไซด์ นั่นสำคัญสำหรับชิ้นส่วนที่ส่งตรงถึงลูกค้าโดยไม่ผ่านกระบวนการรอง
ออกซิเจนตัดเร็วกว่าบนเหล็กกล้าคาร์บอนหนาแต่ทิ้งขอบที่เข้มกว่าและหยาบกว่า ชั้นออกไซด์อาจทำให้เกิดปัญหาหากชิ้นส่วนต้องเชื่อมหรือเคลือบผงในภายหลัง
อากาศอัดอยู่ตรงกลาง ขอบใช้ได้บนวัสดุบาง แต่การเกิดออกซิเดชันเล็กน้อยหมายความว่าคุณจะไม่ได้ผิวสว่างเหมือนไนโตรเจน สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความสวยงาม — ฉากยึด โครงสร้างรองรับ ชิ้นส่วนที่ซ่อนอยู่ — ก็ยอมรับได้
สิ่งหนึ่งที่ผมจะเพิ่มเติม: รอยเส้นที่ขอบเกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์การตัดของคุณมากกว่าการเลือกแก๊ส ผมเห็นการตัดที่สวยงามบนอากาศอัดด้วยตำแหน่งโฟกัสและระยะหัวฉีดที่เหมาะสม และผมเห็นการตัดที่แย่บนไนโตรเจนจากหัวฉีดที่สึกหรอ อย่าโทษแก๊สสำหรับปัญหาการตั้งค่า
การตั้งค่าแรงดันที่ถูกต้องสำคัญเท่ากับการเลือกแก๊สที่เหมาะสม นี่คือจุดเริ่มต้นที่ใช้งานได้จริงสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์ 6kW:
| วัสดุ | แก๊ส | แรงดัน (bar) | เส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีด (mm) | ระยะหัวฉีด (mm) |
|---|---|---|---|---|
| เหล็กกล้าคาร์บอน 3mm | O₂ | 3–5 | 1.5–2.0 | 0.8–1.2 |
| เหล็กกล้าคาร์บอน 10mm | O₂ | 5–8 | 2.0–3.0 | 1.0–1.5 |
| สแตนเลสสตีล 2mm | N₂ | 10–14 | 1.5–2.0 | 0.5–1.0 |
| สแตนเลสสตีล 6mm | N₂ | 14–18 | 2.0–3.0 | 0.5–1.0 |
| อะลูมิเนียม 3mm | N₂ | 10–14 | 1.5–2.0 | 0.8–1.2 |
นี่คือจุดเริ่มต้น ลองทดสอบดู เครื่องแต่ละเครื่องทำงานแตกต่างกันเล็กน้อย สภาพหัวฉีด คุณภาพลำแสง จุดโฟกัส — ทั้งหมดนี้เปลี่ยนจุดที่เหมาะสม ผมบอกผู้ปฏิบัติงานเสมอ: วิ่งตารางทดสอบเมื่อคุณเปลี่ยนวัสดุ ใช้เวลา 10 นาที ประหยัดเวลาการตัดเสียหายหลายชั่วโมง
ได้ สูงสุดประมาณ 3mm ด้วยคุณภาพขอบที่ยอมรับได้ ขอบจะไม่สว่างเท่าไนโตรเจน แต่สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความสวยงามก็ใช้ได้ดี เกิน 3mm คุณจะเริ่มเห็นคราบมากขึ้นที่ขอบด้านล่าง
บนเหล็กกล้าคาร์บอน ใช่ — เร็วกว่าประมาณ 15–25% ที่กำลังไฟเท่ากัน ออกซิเจนเพิ่มพลังงานคายความร้อน บนสแตนเลส ออกซิเจนไม่ค่อยช่วยและทำให้ขอบแย่ลง ใช้ไนโตรเจนสำหรับสแตนเลส
ออกซิเจน: 3–8 bar ขึ้นอยู่กับความหนา ไนโตรเจน: 10–18 bar สำหรับวัสดุบาง สูงกว่าสำหรับวัสดุหนา อากาศอัด: 6–10 bar ยิ่งวัสดุหนามากเท่าใด แรงดันที่คุณต้องใช้ในการไล่วัสดุหลอมเหลวออกจากรอยตัดก็ยิ่งสูงขึ้น
ได้ ตราบใดที่อากาศถูกกรองและทำให้แห้ง ความชื้นในกระแสอากาศอาจทำให้เลนส์โฟกัสแตก คราบน้ำมันเกาะบนเลนส์ป้องกันและลดคุณภาพการตัด ใช้เครื่องอบแห้งแบบทำความเย็นหรือแบบดูดความชื้นร่วมกับไส้กรองรวม 0.01 ไมครอน
การจ่ายด้วยถัง: $0.25–$0.35 ต่อ m³ ($4.50–$7.50/ชั่วโมง) เหลวเทกอง: $0.04–$0.06 ต่อ m³ ($0.75–$1.25/ชั่วโมง) เครื่องผลิตในสถานที่: ต่ำถึง $0.01–$0.02 ต่อ m³ ปริมาณการใช้ของคุณกำหนดว่าตัวเลือกใดคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
บางโรงงานผสมไนโตรเจนและออกซิเจนเพื่อความสมดุลระหว่างความเร็วและคุณภาพขอบ ระบบผสมแก๊สมีให้แต่เพิ่มต้นทุน สำหรับงานส่วนใหญ่ การใช้แก๊สชนิดเดียวต่อวัสดุประเภทเดียวง่ายกว่าและคาดเดาได้มากกว่า
นี่คือฉบับย่อ:
หากคุณกำลังซื้อเครื่องตัดเลเซอร์ไฟเบอร์ใหม่หรือต้องการปรับปรุงระบบปัจจุบันของคุณ ทีมงานของเราสามารถช่วยเรื่องขนาดระบบแก๊สและการติดตั้ง ติดต่อเราเพื่อรับคำปรึกษาฟรี เราจะพิจารณาส่วนผสมวัสดุ ปริมาณการตัด และต้นทุนแก๊สปัจจุบันของคุณเพื่อหาระบบที่ประหยัดที่สุด