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氣體

激光切割中輔助氣體的應(yīng)用分析

來源:高能激光2016-08-09 我要評論(0 )   

目前光纖激光器已經(jīng)占據(jù)著激光切割行業(yè)絕大部分市場,究其原因最重要一點是成本,而使用空氣作為輔助氣體切割無疑會進一步增加成本優(yōu)勢。

目前光纖激光器已經(jīng)占據(jù)著激光切割行業(yè)絕大部分市場,究其原因最重要一點是成本,而使用空氣作為輔助氣體切割無疑會進一步增加成本優(yōu)勢。

激光加工行業(yè),如何降低成本是很多用戶最關(guān)心的問題。隨著光纖激光器在厚板切割工藝上的進步,使得傳統(tǒng)的二氧化碳激光器幾乎沒有了優(yōu)勢,目前光纖激光器已經(jīng)占據(jù)著激光切割行業(yè)絕大部分市場,究其原因最重要一點是成本,而使用空氣作為輔助氣體切割無疑會進一步增加成本優(yōu)勢。我們只有充分認識到其優(yōu)缺點,才能發(fā)揮其優(yōu)勢為廣大用戶降低成本。

常用的激光光切割氣體主要有三種,氧氣、氮氣和空氣,氧氣和氮氣作為常規(guī)切割氣體。

氧氣主要用于碳鋼切割和不銹鋼鋁板厚板的穿孔,主要與切割金屬發(fā)生氧化反應(yīng),放出大量的氧化熱,另外一定壓力的氣體會吹走氧化物和熔渣,在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱,切割不需要太高的功率。缺點是薄板切割速度慢,切割尖角時容易過燒。

氮氣主要用于不銹鋼和鋁板切割,如果激光器功率足夠大薄的碳鋼板用氮氣切割速度會得到大幅提升。氮氣在切割過程中的作用是杜絕氧化反應(yīng)并利用其高氣壓吹走融熔物,所以可以得到比較光亮的斷面效果,當然尖角的效果也會更好。缺點是氣體成本高,厚板切割速度慢。

空氣本身存在于空氣中,我只需要空壓機將其壓縮到儲氣罐,然后再經(jīng)過過濾冷卻和干燥即可使用,主要成本是電費和設(shè)備保養(yǎng)費用??諝獾闹饕煞志褪谴蠹s80%的氮氣和20%氧氣的混合,所以空氣在一定程度可以彌補氧氣和氮氣的不足。根據(jù)我們目前實驗,以3000w光纖激光切割機為例,只需要空壓機出口壓力達到1.2Mpa的空氣即可實現(xiàn)對2mm以下碳鋼,10mm以下不銹鋼,5毫米以下鋁板優(yōu)質(zhì)切割。傳統(tǒng)的二氧化碳激光器也可以用空氣切割,但是光斑特性影響切割質(zhì)量不好,光纖激光器由于能量密度更大熱影響區(qū)域更小配合空氣切割可以達到意想不到的結(jié)果。下面我們針對碳鋼、不銹鋼和鋁板實驗得出的數(shù)據(jù)具體分析一下空氣切割的優(yōu)缺點。

碳鋼氧氣和空氣切割數(shù)據(jù)對比


 

空氣切割只需要1.2mpa的空氣壓力2mm以下碳鋼實現(xiàn)斷面光滑無掛渣,最重要的是其加工速度實現(xiàn)成倍的增長。為什么數(shù)據(jù)會出現(xiàn)這么大變化,這是因為使用氧氣切割薄板一般不會用到滿功率,滿功率使用氧氣切割薄板切割速度也上不來,還容易造成轉(zhuǎn)角處過燒,這就是氧氣切割薄板的瓶頸所在。使用空氣切割恰好解決這些問題,可以實現(xiàn)滿功率切割,速度大幅提升,尖角的切割效果也會得到改善。

當然如果想要切割更厚的碳鋼板則需要繼續(xù)提高空氣壓力,可能會用到增壓裝置,對過濾裝置的要求也會增加,所以成本會增加很多。另外中厚碳鋼板更適合用氧氣切割,碳鋼中厚板使用空氣切割不僅切割速度慢切割質(zhì)量也不如氧氣切割,這也是我們?yōu)槭裁粗唤ㄗh2mm以下使用空氣切割的原因。

不銹鋼氮氣和空氣切割數(shù)據(jù)對比


根據(jù)數(shù)據(jù)可以看到,空氣切割不銹鋼時除了3mm厚度切割速度沒有增加,切割其他厚度速度都有不同程度的提升。一般人可能認為,空氣中含有20%左右的氧氣,切割出的斷面肯定是發(fā)黃發(fā)黑的,根據(jù)我們測試的效果看,2mm以下不銹鋼使用空氣切割出來的效果幾乎是白色亮面無渣,這主要是由于光纖激光器能量密度大熱影響區(qū)域小當切割速度夠快時氧化的效果就不明顯了。3~4mm切割斷面呈略黃狀態(tài),斷面不錯,無掛渣。5~10mm厚度斷面就發(fā)黑了,厚度越大速度越慢,斷面越黑,但是空氣切割速度還是比氮氣切割速度提高不少。我們知道切割不銹鋼時厚度越大所需的氣體壓力就越大,例如切割10mm不銹鋼時切割氣體壓力需要達到1.5~1.8mpa,一瓶普通氮氣10分鐘不到就用完了,一瓶氮氣的成本大約25元,一個小時算下來氣體成本至少也要100元,而用空氣切割只消耗電費一個小時成本不超過10塊錢。事實上很多客戶對切割工件斷面顏色本身并無過多要求,主要是尺寸要求,還有無掛渣??諝馇懈?mm以下不銹鋼無掛渣,10mm不銹鋼只有少量毛渣,很容易就處理掉。

如下圖:上面為空切割,下面為氮氣切割10mm不銹鋼

從圖中看,除了切割面是黑的外,無論是刮渣情況還是切割斷面都不遜于氮氣切割。

鋁板氮氣和空氣切割數(shù)據(jù)對比

不得不說空氣切割鋁板優(yōu)勢更明顯,首先速度得到了明顯提升,而且不存在斷面發(fā)黑的問題,因為氧化鋁本身就是白色。了解光纖激光切割的人都知道,光纖激光器比二氧化碳激光器更適合切割鋁板,但是光纖激光使用氮氣切割鋁板很難避免刮渣的問題,這也是一直困擾很多用戶的麻煩。然而,經(jīng)過實驗室工藝試驗使用空氣切割3mm以下鋁板使用新工藝方法可以做到幾乎不掛渣。這就是空氣帶來的神奇效果,氮氣切割達不到的效果。

如下圖:左邊為氮氣切割,右邊為空氣切割2mm鋁板

從圖中看,空氣切割斷面不錯而且沒有掛渣,這是氮氣切割難以做到的。

通過上述三個表格數(shù)據(jù)對比可以看出,使用空氣切割對切割效率和切割質(zhì)量改善都有獨特之處,在面對不同材料的切割時為我們增加了一個很有意義的選擇。空氣切割不僅僅可以用于碳鋼、不銹鋼和鋁板,還可以用于切割紫銅板、鍍鋅板等材料。針對不同材料的切割工藝還有很多工作需要我們?nèi)プ?,也許還有更精彩的發(fā)現(xiàn)。

當然,空氣切割也不是沒有缺點,我們需要特別注意如果經(jīng)常使用空氣切割,那么請一定記得空壓機和冷干機按時保養(yǎng),保證空氣質(zhì)量潔凈無水無油。如果不注意這些可能造成的空氣不潔凈含水含油,不潔凈的空氣進入切割頭首先會污染保護鏡影響切割質(zhì)量,如果不及時處理還有可能損害傳感器。未加裝增壓裝置的設(shè)備,受壓力限制切割厚度和切割速度會受到限制。另外,中小功率光纖激光切割機使用空氣切割對切割速度提升效果不大,大功率光纖激光器會更有優(yōu)勢。

如今大功率光纖激光切割機越來越多的走向市場,競爭也越來越激烈,如果擁有更大的成本優(yōu)勢就更有機會抓住訂單把握市場。空氣切割技術(shù)成熟與推廣必定會帶來更多的機遇,這也需要我們激光人繼續(xù)努力,為用戶帶來更多的實惠!

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激光切割輔助氣體應(yīng)用分析
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