空氣在光纖激光切割中的應(yīng)用

        在激光加工行業(yè)，如何降低成本是用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。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(chǎng)，究其原因最重要一點(diǎn)是成本，而使用空氣作為輔助氣體無(wú)疑會(huì)進(jìn)一步增加光纖激光切割機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)。我們只有充分認(rèn)識(shí)到其優(yōu)缺點(diǎn)，才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)為廣大用戶(hù)降低成本。

        常用的激光光切割氣體主要有三種，氧氣、氮?dú)夂涂諝狻?/p>

        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(huì)吹走氧化物和熔渣，在金屬中形成切口。由于切割過(guò)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(diǎn)是薄板切割速度慢，切割尖角時(shí)容易過(guò)燒。

        氮?dú)庵饕糜诓讳P鋼和鋁板切割，如果激光器功率足夠大薄的碳鋼板用氮?dú)馇懈钏俣葧?huì)得到大幅提升。氮?dú)庠谇懈钸^(guò)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(dāng)然尖角的效果也會(huì)更好。缺點(diǎn)是氣體成本高，厚板切割速度慢。

        空氣本身存在于空氣中，只需空壓機(jī)將其壓縮到儲(chǔ)氣罐，然后再經(jīng)過(guò)過(guò)濾冷卻和干燥即可使用，主要成本是電費(fèi)和設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)用。空氣的主要成分就是大約80%的氮?dú)夂?0%氧氣的混合，所以空氣在一定程度可以彌補(bǔ)氧氣和氮?dú)獾牟蛔恪?/p>

        根據(jù)我們目前實(shí)驗(yàn)，以3000w光纖激光切割機(jī)為例，只需要空壓機(jī)出口壓力達(dá)到1.2Mpa的空氣即可實(shí)現(xiàn)對(duì)2mm以下碳鋼，10mm以下不銹鋼，5mm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(dá)到意想不到的結(jié)果。下面我們針對(duì)碳鋼、不銹鋼和鋁板實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)具體分析一下空氣切割的優(yōu)缺點(diǎn)。

        1、碳鋼氧氣和空氣切割數(shù)據(jù)對(duì)比

 
        空氣切割只需要1.2mpa的空氣壓力2mm以下碳鋼實(shí)現(xiàn)斷面光滑無(wú)掛渣，最重要的是其加工速度實(shí)現(xiàn)成倍的增長(zhǎng)。為什么數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)這么大變化，這是因?yàn)槭褂醚鯕馇懈畋“逡话悴粫?huì)用到滿(mǎn)功率，滿(mǎn)功率使用氧氣切割薄板切割速度也上不來(lái)，還容易造成轉(zhuǎn)角處過(guò)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(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)功率切割，速度大幅提升，尖角的切割效果也會(huì)得到改善。

        當(dāng)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(huì)用到增壓裝置，對(duì)過(guò)濾裝置的要求也會(huì)增加，所以成本會(huì)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?strong>建議2mm以下使用空氣切割的原因。

        2、不銹鋼氮?dú)夂涂諝馇懈顢?shù)據(jù)對(duì)比 

    
        根據(jù)數(shù)據(jù)可以看到，空氣切割不銹鋼時(shí)除了3mm厚度切割速度沒(méi)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(rèn)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(cè)試的效果看，2mm以下不銹鋼使用空氣切割出來(lái)的效果幾乎是白色亮面無(wú)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(dāng)切割速度夠快時(shí)氧化效果不明顯。3-4mm切割斷面呈略黃狀態(tài)，斷面不錯(cuò)，無(wú)掛渣。5-10mm厚度斷面發(fā)黑，厚度越大速度越慢，斷面越黑，但是空氣切割速度還是比氮?dú)馇懈钏俣忍岣卟簧?。我們知道切割不銹鋼時(shí)厚度越大所需的氣體壓力就越大，例如切割10mm不銹鋼時(shí)切割氣體壓力需要達(dá)到1.5-1.8mpa，一瓶普通氮?dú)?0分鐘不到就用完了，一瓶氮?dú)獾某杀敬蠹s25元，一個(gè)小時(shí)算下來(lái)氣體成本至少也要100元，而用空氣切割只消耗電費(fèi)一個(gè)小時(shí)成本不超過(guò)10塊錢(qián)。事實(shí)上很多客戶(hù)對(duì)切割工件斷面顏色本身并無(wú)過(guò)多要求，主要是尺寸要求，還有無(wú)掛渣?？諝馇懈?mm以下不銹鋼無(wú)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?dú)馇懈?0mm不銹鋼。

        從圖中看，除了切割面是黑的外，無(wú)論是刮渣情況還是切割斷面都不遜于氮?dú)馇懈睢?/p>

        3、鋁板氮?dú)夂涂諝馇懈顢?shù)據(jù)對(duì)比

         不得不說(shuō)空氣切割鋁板優(yōu)勢(shì)更明顯，不僅速度得到了明顯提升，且不存在斷面發(fā)黑的問(wèn)題，因?yàn)檠趸X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?dú)馇懈钿X板很難避免刮渣的問(wèn)題，這也一直困擾著很多用戶(hù)。然而，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室工藝試驗(yàn)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(lái)的神奇效果，氮?dú)馇懈钸_(dá)不到的效果。如下圖：左邊為氮?dú)馇懈?，右邊為空氣切?mm鋁板。

 
        從圖中看，空氣切割斷面不錯(cuò)而且沒(méi)有掛渣，這是氮?dú)馇懈铍y以做到的。

        通過(guò)上述三個(gè)表格數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，使用空氣切割對(duì)切割效率和切割質(zhì)量改善都有獨(dú)特之處，在面對(duì)不同材料的切割時(shí)為我們?cè)黾恿艘粋€(gè)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(duì)不同材料的切割工藝還有很多工作需要我們?nèi)プ觯苍S還有更精彩的發(fā)現(xiàn)。

        當(dāng)然，空氣切割也不是沒(méi)有缺點(diǎn)，如果經(jīng)常使用空氣切割，那么請(qǐng)一定記得空壓機(jī)和冷干機(jī)按時(shí)保養(yǎng)，保證空氣質(zhì)量潔凈無(wú)水無(wú)油。否則可能造成的空氣不潔凈含水含油，不潔凈的空氣進(jìn)入切割頭會(huì)污染保護(hù)鏡影響切割質(zhì)量，如果不及時(shí)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(huì)受到限制。另外，中小功率光纖激光切割機(jī)使用空氣切割對(duì)切割速度提升效果不大，大功率光纖激光器會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。
 
        如今大功率光纖激光切割機(jī)越來(lái)越多的走向市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，如果擁有更大的成本優(yōu)勢(shì)就更有機(jī)會(huì)抓住訂單把握市場(chǎng)。空氣切割技術(shù)成熟與推廣必定會(huì)帶來(lái)更多的機(jī)遇，這也需要我們激光人繼續(xù)努力，為用戶(hù)帶來(lái)更多的實(shí)惠！