Die wesentliche Rolle von Stickstoff beim Laserschneiden

Das Laserschneiden ist ein präzises und effizientes Fertigungsverfahren, das in einer Vielzahl von Industrieprozessen eine zentrale Rolle spielt. Eine entscheidende Komponente in diesem Prozess ist Stickstoff (N2). Aber warum wird Stickstoff verwendet? In diesem Blog werden die Gründe für seine Verwendung und seine Vorteile beim Laserschneiden untersucht.

Was sind die Vorteile der Verwendung von Stickstoff beim Laserschneiden?

Stickstoff wird beim Laserschneiden von Metallen hauptsächlich aus den folgenden 5 Gründen verwendet:

Inerte Vorteile:

• 1. Oxidationsschutz

  Stickstoff ist ein inertes Gas, d. h. es reagiert unter typischen Schneidbedingungen nicht mit anderen Stoffen. Beim Laserschneiden verdrängt es den Sauerstoff um den Schneidbereich herum, verhindert Oxidation und sorgt dafür, dass die Schnittkanten sauber und frei von Verfärbungen oder Rost bleiben. Die Verhinderung von Oxidation trägt dazu bei, die Qualität und die Eigenschaften des Metalls zu erhalten, was für hochpräzise Anwendungen unerlässlich ist.

• 2. Keine chemische Reaktion

  Stickstoff reagiert chemisch nicht mit dem zu schneidenden Metall, so dass er für das Schneiden einer Vielzahl von Metallen und Legierungen geeignet ist. Dies sorgt für Vielseitigkeit bei verschiedenen Anwendungen.

• 3. Konsistenz beim Schneiden

  Der Einsatz von hochreinem Stickstoff sorgt für eine gleichmäßige Schneidumgebung, die einheitliche Schnitte mit gleichbleibender Qualität ermöglicht, was für hochpräzise Anwendungen unerlässlich ist. Darüber hinaus ermöglicht die stabile und vorhersehbare Umgebung von Stickstoff wiederholbare, qualitativ hochwertige Schnitte, was für Produktions- und Fertigungsprozesse entscheidend ist.

Thermische Vorteile:

• 4. Hohe Schnittgeschwindigkeit:

  Stickstoff ermöglicht im Vergleich zu Gasen wie Sauerstoff höhere Schneidgeschwindigkeiten, und seine inerte, nicht reaktive Natur verhindert zusätzliche thermische Reaktionen mit dem Metall, was effizientere und schnellere Schneidvorgänge ermöglicht.

• 5. Bessere Kantenqualität:

  Die Verwendung von Stickstoff führt zu glatteren und saubereren Schnittkanten. Er trägt dazu bei, die thermischen Effekte während des Schneidens zu kontrollieren, wodurch das Risiko von Verformungen oder thermischen Schäden verringert wird. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Schnitte mit minimalem Nachbearbeitungsbedarf.

Sicherheitsaspekte bei der Verwendung von N2 beim Laserschneiden

Der Einsatz von Stickstoff beim Laserschneiden bietet zwar zahlreiche Vorteile - von der Vermeidung von Oxidation und höheren Schneidgeschwindigkeiten bis hin zu besserer Kantenqualität und -konsistenz -, doch ist es ebenso wichtig, sich mit den Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit seiner Verwendung auseinanderzusetzen. Das Verständnis der Vorteile hilft uns, den Wert von Stickstoff für den Prozess zu schätzen, aber das Bewusstsein für potenzielle Risiken ist entscheidend für die Gewährleistung einer sicheren Arbeitsumgebung.

Asphyxiation Hazard: As an inert gas, nitrogen can displace oxygen in the air, leading to an asphyxiation hazard in confined spaces. It is colorless and odorless, so leaks can go unnoticed. Proper ventilation and oxygen monitoring are essential to prevent oxygen deficiency in the workspace. 

PST’s Gasenz wurde entwickelt, um sauerstoffarme Umgebungen zu erkennen, und ist daher ideal für den Schutz von Mitarbeitern in der Gaserzeugungsindustrie, in Labors und in Bereichen, in denen Industriegase verwendet oder gelagert werden, einschließlich beengter Räume und hypoxischer Brandschutzsysteme.

Hoher Druck: Stickstoff wird häufig in Hochdruckflaschen gelagert. Eine unsachgemäße Handhabung oder Lagerung kann zu Unfällen oder einem Bruch der Flasche führen. Es ist wichtig, die Sicherheitsprotokolle für die Handhabung und Lagerung von Hochdruckgasflaschen zu befolgen. 

Cold Burns: Flüssiger Stickstoff oder Stickstoffgas aus unter Druck stehenden Behältern kann bei Hautkontakt Kälteverbrennungen oder Erfrierungen verursachen. Beim Umgang mit Stickstoff sollte eine geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) getragen werden.

Brandgefahr: Stickstoff ist zwar nicht brennbar, kann aber eine Umgebung mit Sauerstoffmangel schaffen. Beim Laserschneiden entstehen hohe Temperaturen und Funken, die brennbare Materialien entzünden können. Sauerstoff ist ein wichtiger Bestandteil der Verbrennung, und während ein Überschuss an Sauerstoff die Brandgefahr erhöhen kann, kann zu wenig Sauerstoff eine unvollständige Verbrennung verursachen. Dies führt zur Ansammlung von giftigen Gasen wie Kohlenmonoxid. 

Ausbildung und Sicherheitsverfahren

Laserschneidmaschinen und die zugehörigen Stickstoffzufuhrsysteme sollten regelmäßig inspiziert und gewartet werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Etwaige Lecks oder Fehlfunktionen sollten sofort behoben werden.Die Mitarbeiter sollten in der sicheren Verwendung von Stickstoff beim Laserschneiden angemessen geschult werden. Dazu gehören das Verständnis der Eigenschaften von Stickstoff, das Erkennen der Anzeichen von Sauerstoffmangel und die Kenntnis von Notfallmaßnahmen.

Ist das Stickstoffvolumen beim Laserschneiden wichtig??

Ja, die Stickstoffmenge, die für eine Laserschneidmaschine benötigt wird, ist wichtig; sie hängt jedoch von mehreren Faktoren ab:

Ist die Reinheit des Stickstoffs wichtig??

Für das Laserschneiden muss der Reinheitsgrad des Stickstoffgases in der Regel sehr hoch sein. Die erforderlichen Reinheitsgrade hängen oft von der jeweiligen Anwendung und der Art des Laserschneidens ab. Hier ein genauerer Blick darauf, warum hochreiner Stickstoff wichtig ist:

Industrielles Laserschneiden

Für allgemeine industrielle Laserschneidanwendungen wird in der Regel Stickstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,95 % (3,5) oder höher verwendet. Dieser Reinheitsgrad reicht aus, um eine Oxidation der Schnittkanten zu verhindern, die sonst zu Verfärbungen und Korrosion führen kann. Er stellt sicher, dass die Schnitte sauber und präzise sind, was für die Erhaltung der strukturellen Integrität des Materials entscheidend ist.

Hochpräzises Laserschneiden

Für Anwendungen, die präzisere und hochwertigere Schnitte erfordern, kann ein höherer Reinheitsgrad von 99,99 % (Grad 4.0) oder sogar 99,999 % (Grad 5.0) erforderlich sein. Bei Stickstoff mit höherem Reinheitsgrad werden fast alle Verunreinigungen beseitigt, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Unvollkommenheiten an den Schnittkanten erheblich verringert wird. Dies ist besonders wichtig in Branchen, in denen es auf Präzision ankommt, z. B. in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Elektronikindustrie.

Laseroptik und Düsenlebensdauer

Die Verwendung von hochreinem Stickstoff verringert das Risiko einer Verschmutzung der Laseroptik und der Düse. Dies trägt dazu bei, die Effizienz der Maschine zu erhalten und die Lebensdauer dieser Komponenten zu verlängern, wodurch Wartungskosten und Ausfallzeiten reduziert werden. Verunreinigungen in Stickstoff mit geringerem Reinheitsgrad können zu Rückständen auf der Optik und der Düse führen, was eine häufige Reinigung oder einen Austausch erforderlich macht, was die Betriebskosten erhöht und die Betriebszeit der Maschine verringert.

Kompatibilität der Materialien

Hochreiner Stickstoff ist für das Schneiden reaktiver Metalle wie Titan unerlässlich, bei denen schon geringe Mengen Sauerstoff zu unerwünschten chemischen Reaktionen und schlechter Schnittqualität führen können. Stickstoff mit geringerem Reinheitsgrad ist für solche reaktiven Materialien möglicherweise nicht geeignet, was zu beeinträchtigten Materialeigenschaften oder der Notwendigkeit einer häufigeren Nachbearbeitung führt.

Kosteneffizienz

Hochreiner Stickstoff ist zwar teurer, kann aber durch eine höhere Schnittgeschwindigkeit, weniger Nacharbeit und eine längere Lebensdauer der Maschinenkomponenten zu allgemeinen Kosteneinsparungen führen. Stickstoff mit geringerem Reinheitsgrad ist zwar billiger, kann aber die Schnittqualität beeinträchtigen, die Schnittgeschwindigkeit verlangsamen und den Wartungsaufwand erhöhen, was die anfänglichen Kosteneinsparungen zunichte macht.

Überwachung der Stickstoffreinheit bei Laserschneidanwendungen

Eine der wirksamsten Methoden zur Überwachung der Stickstoffreinheit ist der Einsatz eines Sauerstoffanalysators. Diese Geräte messen die Sauerstoffkonzentration im Stickstoffgasstrom. Durch den Nachweis und die Quantifizierung des Sauerstoffgehalts liefert das Analysegerät ein indirektes, aber genaues Maß für die Reinheit des Stickstoffs. Die regelmäßige Überwachung mit einem Sauerstoffanalysator stellt sicher, dass der Stickstoff innerhalb der geforderten Reinheitsspezifikationen bleibt, wodurch das Risiko einer Verunreinigung minimiert und eine gleichbleibende Schneidleistung gewährleistet wird.

PST-Sauerstoff-Analysatoren

SenzTx ist ein kompakter und intelligenter Sauerstofftransmitter von PST, der für die zuverlässige Messung der Sauerstoffkonzentration mittels Zirkoniumdioxid- oder elektrochemischer Technologie entwickelt wurde. Der Zirkoniumdioxid-Sensor bietet schnelle Ansprechzeiten und eine lang anhaltende, driftarme Leistung, während der elektrochemische Sensor für die Messung von Gasen mit Kohlenwasserstoffen geeignet ist.

The GPR 1600/2600/3100 Serie von Sauerstoffanalysatoren sind für die Überwachung des Sauerstoffgehalts in Industriegasen konzipiert, von Spurenmengen im niedrigen PPM-Bereich (parts per million) bis hin zu nahezu reinem Sauerstoff. Diese Sauerstoffanalysatoren gewährleisten die Gasreinheit in Umgebungen, in denen der Sauerstoffgehalt genau kontrolliert werden muss, wie z. B. bei der Luftzerlegung, der Elektronikfertigung und anderen kritischen industriellen Anwendungen.

The GPR-1200 ist sowohl in einer Allzweck- als auch in einer eigensicheren Konfiguration erhältlich und wurde sorgfältig für genaue Sauerstoffspurenmessungen entwickelt, um eine präzise Überprüfung von Prozess- oder Online-Instrumenten zu gewährleisten. Das Allzweckgerät GPR-3500 bietet einen Messbereich von 0 bis 100 % und verfügt über eine Temperaturkompensation für verbesserte Genauigkeit und erhöhte Stabilität.

Der Gasenz-Sauerstoffmonitor wurde entwickelt, um sauerstoffarme Umgebungen an jedem Arbeitsplatz zu erkennen. Es eignet sich ideal für den Schutz von Mitarbeitern in der Gaserzeugungsindustrie, in Labors und in anderen Bereichen, in denen Industriegase gelagert oder verwendet werden. Darüber hinaus ist es perfekt für den Einsatz in engen Räumen oder innerhalb hypoxischer Brandschutzsysteme.

Der tragbare Sauerstoffanalysator Yellow Box ist ein robustes, transportables Gerät, das für vielseitige Anwendungen zur Messung von hochreinem Sauerstoff entwickelt wurde. Die Ntron Yellow Box ist ein kompaktes und robustes Analysegerät, das mit zwei oder drei Zirkoniumdioxid-Sensoren ausgestattet werden kann und schnelle Reaktionszeiten und eine lange Lebensdauer bei minimaler Drift bietet.