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技術(shù)交流
激光切割機(jī)的輔助氣體主要用在：
1，激光氣體（激光發(fā)生器內(nèi)用于產(chǎn)生激光的氣體）
2，壓縮空氣（一般用來保護(hù)光路，有的廠家還用來做保護(hù)氣體）
3，輔助氣體（說的是從切割機(jī)割嘴噴出來的氣體）
自從1960年第一束激光被人類通過發(fā)振的方式產(chǎn)生之后，從醫(yī)療領(lǐng)域開始激光不斷被應(yīng)用于各個領(lǐng)域。二十世紀(jì)七十年代起，激光技術(shù)逐步進(jìn)入了工業(yè)切割領(lǐng)域，直到今天激光切割設(shè)備在企業(yè)中已經(jīng)被普遍使用，不過也是由于激光切割設(shè)備的普及，企業(yè)之間產(chǎn)品價格競爭愈發(fā)激烈，這就造成了激光切割設(shè)備在企業(yè)中盈利能力下降，在當(dāng)前整個加工制造業(yè)需要轉(zhuǎn)型升級，企業(yè)需要將資金重點投放在工藝改進(jìn)、效率提高、增加研發(fā)投入等更具附加值的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的大背景下，如何降低激光切割設(shè)備的使用成本就顯得十分迫切。
不同輔助氣體對切割質(zhì)量的影響
首先，我們來了解一下激光切割的過程：發(fā)振器產(chǎn)生的激光通過透鏡后，被匯聚于一點形成極小的光斑，通過精確控制透鏡與板材的距離，保證激光光斑穩(wěn)定在材料厚度方向上的某一位置，此時由于透鏡的匯聚作用，光斑處聚集了功率密度非常大的激光能量，功率密度通常能達(dá)到106～109W/cm2，材料吸收光斑能量后瞬間熔化，通過使用輔助氣體將熔化的液體吹離材料完成切斷加工。
在整個切割過程中，輔助氣體的主要作用是形成驅(qū)動力，將熔化金屬液體從材料本身去除，這個過程中不同種類的氣體對于材料和斷面的影響是不同的：
⑴氧氣作為輔助氣體時，在吹離熔化金屬液體的同時，還會發(fā)生氧化反應(yīng)促進(jìn)金屬吸熱熔化，從而實現(xiàn)更厚材料的熔化，這一過程會明顯提高激光的加工能力。但同時也是由于氧氣的存在，會使材料的切斷面發(fā)生明顯氧化，而且對切斷面周圍材料產(chǎn)生淬火效應(yīng)，提高了這部分材料的硬度，對后續(xù)加工造成一定影響。
⑵氮氣作為輔助氣體時，會在熔化金屬液體周圍形成保護(hù)氛圍，防止材料被氧化，從而保證切斷面品質(zhì)。但同時由于氮氣沒有氧化能力無法增強(qiáng)熱量傳遞，就不會像氧氣那樣幫助提高切割能力。另外由于氮氣作為輔助氣體時，氮氣消耗量很大，造成切割成本比使用其他氣體時有所升高。
⑶空氣的構(gòu)成氣體中，氮氣約占78%，氧氣約占21%，在使用空氣作為輔助氣體切割時，由于氧氣的存在使得切割斷面必然要發(fā)生氧化反應(yīng)，但同時由于大量氮氣的存在，氧氣帶來的氧化反應(yīng)又不足以增強(qiáng)熱量傳遞，切割能力不會提高，因此可以將空氣切割效果理解為介乎于氮氣切割和氧氣切割之間，而好處是空氣切割的成本非常低，所有成本就是空壓機(jī)為提供空氣而造成的電力消耗，以及空氣管路中濾芯的消耗。
不同輔助氣體對切割成本的影響
使用空氣作為輔助氣體切割時，每小時切割成本比使用氮氣時可降低23.7%，這樣的切割成本降幅對于企業(yè)整體工廠加工成本的降低可以起到非常重要的作用。另外，本文分析空壓機(jī)的耗電時考慮的是，目前很多企業(yè)正在使用的是無變速螺桿空壓機(jī)，如果使用永磁變頻螺桿空壓機(jī)，單空壓機(jī)省電量就可以達(dá)到50%，使用空氣的切割成本可以比使用氮氣降低36.2%。
表1 切割成本對比
注：
⑴以上成本分析中，機(jī)床的稼動率按70%計算，電費按照1元/千瓦時計算，氮氣成本按照液氮1.5元/公斤計算。
⑵空氣切割時，空壓機(jī)耗電費用按照17.5kW、1.26MPa、2.3m3/min規(guī)格的無變速螺桿空壓機(jī)來計算。
⑶使用氮氣作為輔助氣體切割時，空壓機(jī)仍然需要為機(jī)床供氣，因此也會產(chǎn)生電費成本
空氣作為輔助氣體的使用范圍
⑴碳鋼板/Q235板，使用空氣作為輔助氣體切割時，板厚超過1.5mm后，切割斷面會產(chǎn)生一定毛刺，不過所產(chǎn)生的毛刺并不鋒利， 劃紙測試時不會將紙劃破。對于不同功率、不同類型的發(fā)振器，空氣作為輔助氣體可以切割的最大厚度各有不同。
⑵不銹鋼板/SUS304板，使用空氣作為輔助氣體切割時，切割斷面會產(chǎn)生黃色的氧化層。
⑶鋁板/A1050板和鋁合金板/5052板，使用空氣作為輔助氣體切割時，切割毛刺相對于氮氣會有所減小。
二氧化碳激光切割機(jī)和光纖激光切割機(jī)使用空氣作為輔助氣體時的切割加工范圍如表2所示。
表2 空氣作為輔助氣體時切割的最大板厚值
⑴對于碳鋼板，使用空氣作為輔助氣體切割時，零件斷面會產(chǎn)生較小的毛刺，但毛刺并不鋒利，可以應(yīng)用在對毛刺要求不高的零件上。
⑵對于不銹鋼板，由于空氣作為輔助氣體，材料在加工后切割面會被氧化，從而導(dǎo)致切割斷面在進(jìn)行焊接時氧化物會在焊道內(nèi)產(chǎn)生夾渣和氣孔等缺陷，影響焊縫質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致焊接部位強(qiáng)度下降。因此，對使用空氣作為輔助氣體完成零件切割后再對其進(jìn)行焊接時，需要對焊接部位斷面的氧化層進(jìn)行打磨，從而改善焊接質(zhì)量。另外，切割后斷面會發(fā)生氧化，產(chǎn)生黃色的氧化層，如果該零件是外觀件則有影響。氧化層同樣也會對焊接產(chǎn)生影響，要先打磨氧化層才可以進(jìn)行焊接操作。
⑶對于鋁板和鋁合金板，使用空氣作為輔助氣體可以減小切割毛刺，如果使用氮氣，切割毛刺反而要大些。
