Nozzle and Gas Pressure

नोज़ल (Nozzle) एक शंक्वाकार सिरा होता है जिसमें लेज़र बीम को निर्देशित करने वाला एक चैनल बना होता है। नोज़ल छिद्र (orifice) का व्यास प्रसंस्कृत सतह की मोटाई और घनत्व पर निर्भर करता है।

कैपेसिटिव सेंसर का संपर्क सीधे नोज़ल पर बंद होता है (आमतौर पर एक सिरेमिक इन्सुलेटर के ज़रिये)। यह सेंसर वे संकेत बनाता है जो ऑपरेशन के दौरान नोज़ल और वर्कपीस के बीच निर्धारित दूरी (standoff) बनाए रखते हैं।

नोज़ल के निर्माण की सामग्री

नोज़ल तांबे से बनाए जाते हैं — यह ऊष्मा को अच्छी तरह बिखेरता है और उच्च तापमान पर अपनी कैपेसिटिव विशेषताएँ बनाए रखता है। अक्सर इन पर क्रोम कोटिंग की जाती है, जो कट ज़ोन से बाहर उड़ने वाली गर्म धातु की बूँदों को नोज़ल की सतह पर चिपकने से रोकती है। चिपकने पर नोज़ल और सामग्री की सतह के बीच की इष्टतम दूरी बिगड़ जाती है, इसलिए बिना क्रोम कोटिंग वाले नोज़ल अधिक बार बदलने पड़ते हैं।

नोज़ल के निर्माण-प्रकार

• एकल (single-layer) नोज़ल — स्टेनलेस और अन्य उच्च-मिश्र धातु इस्पात, एल्युमिनियम, टाइटेनियम, ज़िंक, पीतल की कटिंग में नाइट्रोजन और inert gases की आपूर्ति के लिए उपयोग होते हैं।
• डबल (double-layer) नोज़ल — कम-मिश्र धातु इस्पात की ऑक्सीजन-कटिंग में उपयोग होते हैं। नोज़ल के भीतर एक insert होता है जो दो अलग-अलग गैसों की आपूर्ति करता है। आंतरिक प्रवाह शुद्ध ऑक्सीजन है (99.999 %) और बाह्य प्रवाह ऑक्सीजन धारा को वायुमंडलीय हवा से बचाता है। यह सुरक्षा आवश्यक है क्योंकि हवा की अशुद्धियाँ दहन मापदंडों को और परिणामस्वरूप मशीन की कार्य-विशेषताओं को बदल देती हैं।

निकास छिद्र के व्यास का चयन

नोज़ल का चयन गैस दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

निकास छिद्र का व्यास कटी जा रही धातु की मोटाई के अनुसार चुना जाता है। सामग्री की मोटाई बढ़ने पर नोज़ल छिद्र का व्यास भी बढ़ता है।

निकास छिद्र का व्यास गैस प्रवाह के सेक्शन क्षेत्र, गति और आकार को भी प्रभावित करता है। व्यास जितना बड़ा, ये मान उतने ही अधिक, पिघले हुए पदार्थ की निकासी उतनी ही प्रभावी और कटिंग प्रक्रिया उतनी ही तेज़।

विशिष्ट आँकड़े (नोज़ल का व्यास) बताने का कोई मतलब नहीं — हर मामले में मान शक्ति, फ़ोकल दूरी, standoff दूरी और अन्य पैरामीटरों से तय होते हैं।

वायुमंडलीय हवा या अन्य गैसों का सबसे छोटा प्रवेश भी दहन मापदंडों और तदनुसार मशीन की कार्य-विशेषताओं को बदल देता है। इसलिए गैसों की बाह्य परत आंतरिक गैस स्तंभ के लिए एक प्रकार के सुरक्षात्मक "कवच" का कार्य करती है।

नोज़ल के कार्य

जब निकास छिद्र लेज़र बीम के सापेक्ष सही ढंग से केन्द्रित होता है, तब नोज़ल निम्नलिखित कार्य करता है:

• लेंस को धूल, छींटों और अन्य अशुद्धियों से बचाता है; लेज़र बीम को कटाई के सटीक निर्धारित क्षेत्र की ओर निर्देशित करता है।
• कट ज़ोन में assist gas को नियंत्रित प्रवाह दर पर पहुँचाता है। इससे edges की गुणवत्ता बढ़ती है और beads (नाली पर उभार) नहीं बनते।
• गैस धारा और लेज़र बीम की coaxial alignment सुनिश्चित करता है।
• कट ज़ोन से उस पिघले द्रव को बाहर उड़ाता है जो धातु को लेज़र बीम द्वारा गलनांक तक गर्म करने पर बनता है।
• ऑक्सीजन लेज़र-गर्म धातु से ऑक्सीकरण की प्रतिक्रिया में जाता है। इससे ऊष्मा निकलती है जो कट ज़ोन का तापमान बढ़ाती है। यह कटिंग गति और कटी जा रही शीट की मोटाई दोनों को बढ़ाने की अनुमति देता है।
• नाइट्रोजन और inert gases (आर्गन, हीलियम) कट ज़ोन से ऑक्सीजन-युक्त वायुमंडलीय हवा को विस्थापित करते हैं। इससे कटी जा रही सामग्री का ऑक्सीकरण नहीं होता। कट edges स्वच्छ और चिकनी रहती हैं — यांत्रिक descaling की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
• कट edges को ठंडा करता है, जिससे सामग्री की thermal deformation नहीं होती।

कुछ संस्करणों पर क्रोम कोटिंग होती है; इसका उद्देश्य कट ज़ोन से उड़ने वाली पिघली बूँदों के चिपकने की संभावना को समाप्त करना है।

नोज़ल लेज़र मशीन के उपभोज्य (consumable) घटकों में से एक है। यह लेज़र कटिंग हेड की संरचना का हिस्सा है और गर्म सतहों के तेज़ ऑक्सीकरण या जल जाने को रोकता है।

सहायक (Assist) गैस

सहायक गैस को लेंस को संदूषण और गर्म छींटों से बचाने के लिए लेज़र बीम के साथ coaxially स्प्रे किया जाता है; कुछ मामलों में — जब वह ऑक्सीजन हो — धातु से प्रतिक्रिया करके कट ज़ोन के निचले हिस्से से पिघली हुई slag को उड़ाने के लिए; स्टेनलेस स्टील के मामले में — धातु को ठंडा करके बाहर निकालने के लिए।

गैस दबाव

सहायक गैस का दबाव slag उड़ाने की प्रभावशीलता तय करता है और इस तरह अंतिम लेज़र कटिंग की गुणवत्ता पर सीधा असर डालता है।

विभिन्न धातुओं के लिए अलग-अलग इष्टतम गैस दबाव की आवश्यकता होती है। यदि गैस का दबाव बहुत कम है, तो पिघली सामग्री समय पर बाहर नहीं निकल पाती और कटिंग edge की पिछली सतह पर चिपक जाती है।

यदि गैस का दबाव बहुत अधिक है, तो यह लेज़र बीम की कटिंग क्षमता कमज़ोर कर देता है — kerf अधिक चौड़ा और खुरदुरा हो जाता है।

Piercing (छेदन) पर सहायक गैस का प्रभाव

1. कम गैस दबाव पर piercing करना अधिक कठिन होता है और कार्य समय बढ़ जाता है।
2. बहुत अधिक गैस दबाव पर penetration बिंदु अत्यधिक पिघल जाता है और एक बड़ा पिघलाव-बिंदु बन जाता है।

इसी कारण पतली प्लेट को छेदने में गैस दबाव मोटी प्लेट की तुलना में अधिक रखा जाता है।

नोज़ल की ज्यामिति

लेज़र कटिंग में बहुत महत्त्वपूर्ण कारक हैं गैस दबाव और धातु से नोज़ल की दूरी (standoff) — ये पैरामीटर कटिंग गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं।

प्रसंस्करण फ़्रंट पर दबाव-ग्रेडिएंट और पार्श्व-बल का उतार-चढ़ाव गैस धारा द्वारा slag हटाने की क्षमता पर हानिकारक प्रभाव डालता है, जिससे कटिंग गुणवत्ता बिगड़ती है।

दिन में कुछ बार नोज़ल की ज्यामिति की जाँच करें; विकृति होने पर तुरंत नोज़ल बदलें। याद रखें: नोज़ल एक consumable है।

नोज़ल के प्रकार

• टाइप A "स्कर्ट" (Skirt)। Truncated कोन वाला मानक सिरा। यह नाम महिला स्कर्ट से दृश्य समानता के कारण मिला है। पास-पास स्थित contours की कटिंग के लिए कम उपयुक्त (पड़ोसी edge पर चढ़ जाता है)। लाभ: सेंसर के पास नोज़ल और कट edge की संभावित टक्कर रोकने के लिए कहीं अधिक समय होता है।
• टाइप B "सॉम्ब्रेरो" (Sombrero)। यह नाम इस मेक्सिकन टोपी से दृश्य समानता के कारण मिला है। यहाँ कोन भाग की ऊँचाई अधिक और साइड चेहरों के झुकाव कोण छोटे होते हैं। पास-पास स्थित contours की कटिंग के लिए बहुत उपयुक्त (पड़ोसी edge पर नहीं चढ़ता)। हानि: सेंसर के पास नोज़ल की कट edge से टक्कर रोकने का बहुत कम समय होता है। इससे कोटिंग या सिरेमिक रिंग को नुकसान हो सकता है।
• टाइप C "सॉम्ब्रेरो-पैराबोला" (अर्ध-सॉम्ब्रेरो), हाई-स्पीड। पैराबोलिक दीवारों वाला सॉम्ब्रेरो — "सॉम्ब्रेरो" आकार का संशोधन जिसकी संरचनात्मक विशेषताएँ बाधाओं के चारों ओर सहज "प्रवाह" और कट edge से टकराव से बचने की अनुमति देती हैं। हाई-स्पीड नोज़ल क्लासिक नोज़ल और सॉम्ब्रेरो के बीच का मध्यवर्ती विकल्प हैं। पैराबोलिक आकार के कारण कैपेसिटिव सेंसर के पास प्रतिक्रिया देने का अधिक समय होता है। सॉम्ब्रेरो की तरह हाई-स्पीड नोज़ल भी पास-पास contours वाली parts को काटने की अनुमति देते हैं, लेकिन इस मामले में सॉम्ब्रेरो से बेहतर नहीं।
• टाइप D "सॉम्ब्रेरो-ऐरो" (Sombrero-arrow)। गोल शीर्ष वाला नोज़ल — 0.3 mm तक की मोटाई वाले workpieces के लिए उपयुक्त। यह नोज़ल flat-head वाले संस्करण की तरह सिर हटाने के बाद पहले कुछ मिलीमीटर में धातु शीट को अपने साथ नहीं खींचता और कटिंग सटीकता पहले के स्तर पर बनी रहती है। यह आकार लेज़र हेड के उठते समय शीट के नोज़ल से "चिपकने" से बचाता है।

सॉम्ब्रेरो प्रकार के नोज़ल मुख्यतः 4 kW से ऊपर की मशीनों में उपयोग होते हैं। लेकिन सामग्री-बचत की प्रवृत्ति 1 kW से ऊपर की मशीनों में भी इस प्रकार के उपयोग की ओर ले जा रही है।

नोज़ल का mounting face

ऊपर सूचीबद्ध सभी नोज़ल प्रकारों में mounting face का क्रॉस-सेक्शन हेक्सागोनल या वृत्ताकार हो सकता है। हेक्सागोनल मॉडल automatic nozzle changer वाली मशीनों पर उपयोग किए जा सकते हैं। automation न होने पर दोनों ही आकार के mounting face उपयुक्त हैं।

यह समझना ज़रूरी है कि हर आकार के अपने लाभ-हानि हैं।

सही आकार के नोज़ल का प्रयोग सिरेमिक को नुकसान, धातु शीट के विस्थापन, कटिंग दक्षता में कमी और कट गुणवत्ता में गिरावट से बचाता है।

लोकप्रिय ब्रांड्स

1. WSX — जर्मन निर्माता Precitec (Light Cutter) के पुर्ज़े का चीनी समकक्ष। अधिकांश कटिंग हेड मॉडलों के साथ संगत। नोज़ल की सामग्री: उच्च-गुणवत्ता वाला तांबा। single- और double-layer संस्करणों में उपलब्ध।
2. Raytools. उच्च-शक्ति वाले नोज़ल। उपयोग के लक्ष्यों के अनुसार विभिन्न आकारों में निर्मित। IPG Precitec हेड्स के साथ असंगत।
3. Unimach. रूसी निर्माता के नोज़ल। उच्च गैस दबाव के लिए डिज़ाइन किए गए। सामग्री — क्रोम कोटिंग के साथ तांबा मिश्रधातु। हवा-blow फ़ंक्शन ठंडा करने की सुविधा देता है।
4. Tag. बेलनाकार आकार के तांबे के नोज़ल। उद्देश्य — कार्बन और स्टेनलेस स्टील तथा एल्युमिनियम की मैनुअल लेज़र कटिंग।
5. IPG Photonic — क्रोम कोटिंग और तेज़ tip वाला तांबे का शंक्वाकार पुर्ज़ा। उच्च परिशुद्धता। मानक और micro-cutting के लिए। Precitec, WSX और अन्य हेड्स के साथ संगत।
6. Bodor. क्रोम कोटिंग के साथ या बिना — single- और double-layer नोज़ल। लेज़र और निकलने वाली गैस की उच्च परिशुद्धता। लंबा सेवा-जीवन।