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激光切割:高功率+空气=低成本?

激光切割:高功率+空气=低成本?
随着激光加工行业的竞争日益激烈,如何提高工作效率、降低成本成为大多数用户关心的问题。光纤激光切割机凭着切割速度快、材料变形小、加工精度高等优势,迅速成为了市场主流。高功率激光的应用,更是大大提高了激光加工的效率,薄板极限切割速度已能够挑战机械性能的控制极限,中厚板切割工艺也在不断突破中。

上图为不同功率激光切割机所对应的不锈钢氮气切割的速度对比。可见对不锈钢切割而言,激光器功率越高,切割速度就越快。

光纤激光切割机常用的切割辅助气体有氧气、氮气、空气三种。但由于氮气、氧气成本均高于压缩空气,且氮气、氧气的价格逐年上涨,因此使用空气作为切割辅助气体,能大大降低生产的成本。
氧气主要用于碳钢切割,其原理是氧气与金属发生氧化反应,放出大量的氧化热,同时一定气压会把氧化物和熔渣从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,因此不需要太高的功率,但切尖角容易过烧。
氮气主要用于不锈钢和铝板切割,同时也可切割一定厚度的碳钢板,功率越高,可切割的碳钢板厚度也越大。氮气切割依靠激光的能量把金属熔化,高气压吹走熔融物并保证期间避免发生不合理的化学反应。在不锈钢、铝板切割上可以得到比较光亮的断面效果,尖角效果也更好。


空气本身存在于大气中,利用空压机将其压缩到储气罐,再经过过滤、冷却和干燥装置,去除空气中的水和油,即可使用。空气的切割原理与氮气类似,但由于空气中含有约20%的氧气,因此可在一定程度弥补氧气和氮气的不足。相比于氮气切割,空气切割的断面较黑,但不挂渣,经过抛光处理后,断面也可达到较为光亮的效果。从速度上看,空气切割不锈钢略快于氮气,但优势并不明显。同时,由于不同来源的碳钢板质量不同,切割效果会有较大差异,因此空气切割碳钢工艺的稳定性还需要市场进一步验证。切割速度方面,空气与氮气相比并没有优势,但二者在8mm及以下的厚度上远远领先于氧气。当然,氧气切割碳钢断面的光亮度和底面光洁度,会更优于空气和氮气。


综合考虑,在要求相对宽松的情况下,空气切割具有较大成本优势。但要注意,采用空气切割,必须保证空气经冷干机过滤,空压机、冷干机需定时保养。若进入切割头的空气中含有水和油,会在短时间内造成保护镜片结雾,影响切割质量,此时若未及时更换保护镜,在高功率光束照射下还可能导致切割头内部温度升高,有可能造成内部镜组的损坏。
对于加工量大的工厂而言,搭配高功率切割机,空气切割能为其带来更高的效率和更低的成本,这方面的收益远高于工件二次处理的成本。但对于小型加工厂而言,空气切割就未必能把成本降下来。因此是否采用空气切割,需要根据自家产量来决定。





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