Gazy ochronne w cięciu laserowym: jak wybrać najlepszy?

Funkcje gazów ochronnych w procesie cięcia laserowego

Rola gazu w procesie cięcia laserem jest wielowymiarowa i wykracza daleko poza samo „dmuchanie” w miejsce obróbki. Przede wszystkim gaz pod wysokim ciśnieniem usuwa płynny, stopiony przez wiązkę lasera materiał ze szczeliny cięcia, co jest warunkiem koniecznym do jej utworzenia. Ponadto, strumień gazu chłodzi krawędzie cięcia, minimalizując strefę wpływu ciepła (SWC) i zapobiegając deformacjom termicznym. Najważniejszą funkcją jest jednak ochrona – odpowiednio dobrane gazy ochronne w cięciu laserowym izolują rozgrzany metal od tlenu z atmosfery, co zapobiega utlenianiu i tworzeniu się zgorzeliny na powierzchni cięcia.

Azot jako gaz ochronny: właściwości i zastosowania

Azot jest najczęściej stosowanym gazem obojętnym w technologii laserowej, głównie ze względu na jego skuteczność i relatywnie niski koszt w porównaniu do innych gazów szlachetnych. Jego podstawową zaletą jest bierność chemiczna w wysokich temperaturach obróbki większości metali. Proces cięcia z jego użyciem, nazywany cięciem fuzyjnym lub wysokociśnieniowym, polega wyłącznie na topieniu materiału przez laser i mechanicznym wydmuchiwaniu go przez strumień gazu. Dzięki temu krawędzie cięcia są idealnie gładkie, błyszczące i wolne od tlenków. Dlatego właśnie azot do cięcia laserowego jest standardem przy obróbce stali nierdzewnej, aluminium i jego stopów oraz metali kolorowych.

Argon: idealny gaz ochronny dla wymagających materiałów?

Argon, podobnie jak azot, jest gazem obojętnym, jednak charakteryzuje się jeszcze większą biernością chemiczną i większą gęstością. Te właściwości sprawiają, że jest on niezastąpiony przy obróbce materiałów wysoce reaktywnych, które nawet w kontakcie z azotem w ekstremalnych temperaturach mogłyby tworzyć niepożądane związki (np. azotki). Proces, w którym wykorzystuje się argon w cięciu laserowym, jest zarezerwowany dla specjalistycznych zastosowań, takich jak cięcie tytanu, cyrkonu czy magnezu. Jego główną wadą jest znacznie wyższa cena oraz większe zużycie w porównaniu do azotu, co ogranicza jego powszechne stosowanie w przemyśle.

Tlen jako alternatywa: cięcie reaktywne

Warto wspomnieć o tlenie, który w przeciwieństwie do azotu i argonu jest gazem aktywnym. Wykorzystuje się go głównie do cięcia stali węglowej (czarnej). Tlen wchodzi w reakcję egzotermiczną z żelazem, generując dodatkowe ciepło, co znacząco przyspiesza proces cięcia – nawet trzykrotnie w porównaniu do azotu. Skutkiem ubocznym jest jednak powstawanie warstwy tlenków na krawędzi cięcia, która musi być usunięta przed dalszymi procesami, takimi jak spawanie czy malowanie.

Dobór gazu ochronnego do materiału: praktyczny przewodnik

Prawidłowy dobór gazu ochronnego jest kluczowy dla osiągnięcia optymalnych rezultatów i efektywności kosztowej. Decyzja zależy od rodzaju ciętego materiału, jego grubości oraz wymagań dotyczących wykończenia krawędzi. Poniższe zestawienie przedstawia najczęstsze zastosowania poszczególnych gazów, stanowiąc praktyczną wskazówkę dla operatorów i technologów. Wybór odpowiedniego medium to kompromis między jakością, prędkością a kosztem operacyjnym.

• Stal węglowa (czarna): Najczęściej stosuje się tlen ze względu na bardzo wysoką prędkość cięcia i niższy koszt procesu. Krawędź jest pokryta cienką warstwą tlenków. Azot jest używany, gdy wymagana jest czysta krawędź, gotowa do spawania bez dodatkowej obróbki.
• Stal nierdzewna: Bezwzględnie stosuje się azot o wysokiej czystości (minimum 99,995%). Zapewnia on uzyskanie gładkiej, srebrzystej krawędzi bez utlenienia i korozji.
• Aluminium i jego stopy: Podobnie jak w przypadku stali nierdzewnej, stosuje się azot. Kluczowe jest tu wysokie ciśnienie gazu, które efektywnie usuwa płynny i lepki materiał ze szczeliny. Prawidłowo dobrane parametry dla procesu, jakim jest cięcie laserowe aluminium gaz, gwarantują krawędź bez gratu.
• Tytan i inne metale reaktywne: Wymagają użycia argonu, który jako gaz cięższy i bardziej obojętny od azotu, zapewnia najlepszą ochronę przed reakcjami chemicznymi w strefie cięcia.

Bezpieczeństwo i ekonomia użytkowania gazów ochronnych

Aspekty ekonomiczne i bezpieczeństwo są nierozerwalnie związane z wykorzystaniem gazów technicznych. Koszt gazu stanowi istotną część całkowitych kosztów operacyjnych cięcia laserowego. Zależy on nie tylko od ceny samego gazu, ale także od jego zużycia (które rośnie wraz z grubością materiału i ciśnieniem), formy dostawy (wiązki butli, zbiorniki kriogeniczne) oraz wymaganej czystości. Inwestycja w generator azotu może być opłacalnym rozwiązaniem dla firm o dużym i stałym zapotrzebowaniu. Z punktu widzenia bezpieczeństwa, należy bezwzględnie przestrzegać zasad obchodzenia się z gazami pod wysokim ciśnieniem. Konieczne jest zapewnienie odpowiedniej wentylacji, ponieważ azot i argon są gazami duszącymi, a także stosowanie odpowiednich reduktorów i zabezpieczeń instalacji gazowej.

Często zadawane pytania (FAQ)