PSA 酸素がレーザー切断ワークショップの切断精度をどのように高めるか

レーザー切断ワークショップでは、特定の切断結果を達成するためにプロセスガスが必要です。ファイバーレーザーおよび CO2 レーザーシステムで使用されるガスのうち、酸素は、切断ゾーンでの酸化反応をサポートすることにより、炭素鋼の切断に直接的な役割を果たします。ガスは溶融金属を切り口から除去するだけでなく、切断プロセス中に追加の熱エネルギーにも寄与します。

多くの製造工場では、シリンダーバンドルまたはバルク液体酸素システムを通じて酸素を入手しています。しかし、生産量の増加、ガス消費量の変動、物流コストの上昇により、多くの金属加工施設では PSA (圧力スイング吸着) 技術を使用して現場での酸素生成を評価するようになりました。-

PSA 酸素システムは、圧縮空気から酸素を直接生成し、連続ガス源をレーザー切断装置に供給します。このシステムは、酸素貯蔵タンク、ブースター コンプレッサー、パイプライン ネットワークと適切に統合されている場合、複数の生産シフトを通じて安定した切断条件をサポートできます。

この記事では、PSA の酸素生成がレーザー切断の精度にどのように影響するか、テクノロジーがどのように機能するか、製造工場がどのように PSA システムを切断作業に統合するかについて考察します。

レーザー切断における酸素の役割を理解する

酸素は反応性切断ガスとして機能します

炭素鋼のレーザー切断では、酸素は 2 つの機能を同時に実行します。
まず、酸素が溶融した材料を切断溝から押し出します。
第二に、酸素は加熱された鋼と化学反応します。
酸化反応により追加の熱が発生します。
Fe + O₂ → FeO + 熱
この反応により、カットゾーン内の熱エネルギーが増加し、材料の除去が促進されます。その結果、酸素-支援切断は、同じレーザー出力を使用した窒素支援切断と比較して、通常、より厚い炭素鋼の切断を実現します。-

一般的な酸素供給圧力の範囲は次のとおりです。
・0.3バール
・6バール
に応じて：
・素材の厚み
・レーザー出力
・切断速度
・ノズル設計

酸素純度は切断安定性に影響します

切断プロセスは、一定の酸素濃度を維持することにかかっています。酸素純度が低下すると、いくつかのプロセス変化が発生する可能性があります。
・酸化速度が遅い
· スラグ形成の増加
・切断面の粗化
・切削速度の低下
・不完全な浸透

たとえば、99.5% の酸素で 12 mm の炭素鋼を切断すると、酸素濃度が低い場合と比べて刃先の状態が異なる場合があります。したがって、ワークショップのオペレーターは以下を監視します。
・酸素純度
・流量
・吐出圧力
再現性のある切削条件を維持します。

ガスの流れは切り口の形成に直接影響します

ノズルは酸素を切断ゾーンに向けます。ガスの流れは 2 つのアクションを同時に実行する必要があります。
1.酸化をサポートします。
2. 溶けた材料を除去します。
ガス流が不十分な場合、溶融金属が切り口内で凝固する可能性があります。過度の圧力は溶融池を乱し、エッジの品質に影響を与える可能性があります。安定した酸素供給により、生産バッチ全体で一貫した切り口幅とエッジ形状を維持できます。

PSA 酸素生成の仕組み

空気が原料となる

PSA 酸素発生装置は、大気から酸素を分離します。大気中にはおよそ次のものが含まれています。
・窒素78%
・酸素21%
· 1% アルゴンおよび微量ガス
酸素ボンベを作業場に運ぶ代わりに、PSA システムは周囲の空気から酸素を抽出します。このプロセスは、電力と圧縮空気を継続的な酸素供給に変換します。

PSA 酸素システムの主なコンポーネント

レーザー切断酸素発生ステーションには通常、次のものが含まれます。

デュアル タワー PSA システムが安定した酸素供給を維持する仕組み

窒素吸着プロセス:圧縮空気が吸着容器に入ります。ゼオライトモレキュラーシーブは窒素分子を選択的に吸着します。酸素は吸着床を通過して貯蔵タンクに入ります。産業用途における一般的な PSA 酸素純度: · 90% · 93% · 95% 生産能力と設計要件に応じて異なります。

タワー間の継続的な切り替え:PSA プロセスは交互の吸着サイクルに依存しています。タワー A が窒素を吸着している間: · タワー B が再生します。タワー A が飽和に近づくと、PLC コントローラーがバルブを切り替えます。その後、プロセスは逆になります。一般的なサイクル時間の範囲は、システム設計に応じて次のとおりです。 · 45 秒 · 120 秒。この配置により、酸素生成の中断が防止されます。

バッファーストレージによる圧力の安定化:レーザー切断機は、ガス供給条件が安定しているときに最高のパフォーマンスを発揮します。酸素バッファタンクは吸着塔の切り替えに伴う圧力変動を吸収します。これにより、酸素が切断システムに入る前に、 · 酸素圧力 · 流量 · 供給継続が安定します。

PSA 酸素が切断精度をどのようにサポートするか

製造中の一貫した酸素利用可能性

複数のレーザー機械を操作するワークショップでは、大量の酸素が消費される可能性があります。例: 以下を稼働しているワークショップ: · 12 kW ファイバー レーザー 3 台 · 2 つの生産シフトにより、1 日を通して酸素を継続的に消費する可能性があります。 PSA システムは現場で酸素を生成し、ガスをワークショップのパイプライン ネットワークに直接送ります。{3}}継続的な生産により、アクティブな切断作業中のシリンダー交換スケジュールへの依存が軽減されます。

圧力変動の低減

酸素が消費されるにつれて、シリンダーバンクは徐々に圧力を失います。オペレーターは供給を維持するためにシリンダー グループを切り替えることがよくあります。圧力変化はガス供給条件に影響を与える可能性があります。 PSA システムは以下と組み合わされています: · バッファー タンク · 圧力調整器 · 酸素ブースターにより、より安定した供給プロファイルが維持されます。安定した圧力により、再現性のあるノズル性能を維持できます。

バッチの一貫性の向上と自動サポート

レーザー切断ワークショップでは、次のような処理が頻繁に行われます。 · 構造用鋼部品 · 農業機械部品 · 建設機械部品 · 板金アセンブリ。生産バッチには、数百または数千の同一のコンポーネントが含まれる場合があります。安定した酸素供給条件は、以下を維持するのに役立ちます。 · 同様のカーフ形状 · 同様の酸化挙動 · 生産工程全体で同様のエッジ外観。

最新の製造施設では、次のものが統合されていることがよくあります: · CNC ローディング システム · 自動シート処理 · コンベア アンロード システム。これらのシステムは継続的に動作します。シリンダー交換による中断は、生産スケジュールに影響を与える可能性があります。 -現場の PSA システムは酸素を供給ネットワークに直接供給し、手動によるボンベ交換への依存を減らします。

レーザー切断ワークショップ用のコンテナ型 PSA 酸素プラント

コンテナ酸素プラントとは何ですか?

コンテナ化酸素プラントは、標準 ISO コンテナ内に酸素生成システム全体を設置します。一般的な機器には以下が含まれます: · エアコンプレッサー · エアドライヤー · フィルター · PSA 酸素発生器 · 酸素貯蔵タンク · 制御キャビネット。コンテナは次の役割を果たします。 · 機器のエンクロージャ · 輸送構造 · 環境保護システム。

製造設備および工場組立の利点

多くのレーザー切断ワークショップでは、屋内の床面積が限られています。コンテナ内に酸素システムを設置すると、オペレーターは装置を次の場所に配置できます。 · 作業場に隣接 · 生産建物の後ろ · ユーティリティエリアの近く。このアプローチでは、酸素発生装置を生産機械から分離します。

コンテナ化されたシステムには、コンポーネントが事前にインストールされた状態で届きます。{0}現場での設置には通常、次の内容が含まれます: · 基礎の準備 · 電気接続 · パイプライン接続。これにより、現場での組み立て要件が軽減されます。-製造施設を拡張する場合、コンテナ化されたシステムにより酸素インフラの導入が簡素化されます。

PSA 酸素とシリンダー供給システムの比較

酸素源:シリンダー システムは外部の酸素供給装置に依存しています。 PSA システムは、次のものから酸素を生成します。 · 大気 · 電力。酸素源は、商用電源と機器の動作が続く限り利用可能です。

物流要件:シリンダーの供給には、次のことが必要です。 · 配送スケジュール · 在庫管理 · シリンダーの取り扱い。 PSA システムは、運用上の重点を次のことに移します。 · コンプレッサーのメンテナンス · フィルターの交換 · パフォーマンスの監視。

ワークショップの拡張:酸素消費量が増加すると、シリンダー需要も比例して増加します。 PSA システムは、設備要件に応じて、次のような拡張が可能です。 · 追加の吸着塔 · 大型のコンプレッサー · 追加の貯蔵タンク。

設置とメンテナンスに関する考慮事項

パイプラインの材料:酸素供給ネットワークでは一般的に次のものが使用されます: · ステンレス鋼チューブ · 酸素-クリーンな銅配管。材料は酸素サービスに適合する必要があります。油で汚染されたコンポーネントは酸素パイプラインに決して設置しないでください。{3}}

換気要件:コンプレッサーは動作中に熱を発生します。機器室またはコンテナには通常、次のものが組み込まれています。 · 換気ルーバー · 排気ファン · エンクロージャから熱を除去するための温度監視。

酸素モニタリング:ワークショップでは、次の項目を継続的に監視する必要があります: · 酸素純度 · 供給圧力 · 流量。モニタリングデバイスは、オペレーターが切断品質に影響を与える前にパフォーマンスの変化を特定するのに役立ちます。

メンテナンスルーチン:フィルターを交換すると、圧縮空気がふるい床に到達する前に汚染物質が除去されます (フィルターが目詰まりするとシステム効率が低下します)。吸着性能モレキュラーシーブの傾向は純度ログによって評価されます。最後に、空気圧バルブ、ソレノイドコンポーネント、アクチュエータシールをチェックして、サイクル漏れエラーを防ぎます。

よくある質問

結論

レーザー切断の精度は、酸素純度、圧力、流量の一貫性などの安定した切断条件を維持することに依存します。 PSA 酸素システムは、デュアルタワー吸着技術を使用して圧縮空気から直接酸素を生成し、レーザー切断作業にガスを継続的に供給します。{1} PSA 酸素生成を酸素貯蔵タンク、ブースター コンプレッサー、自動制御システムと統合すると、中断のない生産スケジュールと安定した切断条件をサポートできます。コンテナ化された酸素プラントは、コンプレッサー、濾過装置、吸着塔、貯蔵容器、および制御装置を可搬性の筐体に統合することにより、設置をさらに簡素化します。 -現場での酸素生成を評価するプロジェクトの場合、エンジニアは PSA 酸素生成および充填システム構成を選択する前に、酸素需要、シリンダー回転率、充填圧力、コンプレッサー容量、吸着塔のサイズ、利用可能な設置スペースを計算する必要があります。