【壓縮機網】激光切割是利用激光束高功率密度的性質，把激光匯聚到很小的光點上，將材料快速加熱，使其達到沸點后汽化形成空洞，再通過移動激光光束在材料表面造成切縫，完成對加工物體的切割。

 

　　激光切割屬于熱切割方法之一，可分為激光氣化切割、激光熔化切割、激光氧助熔化切割和控制斷裂切割四種。

 

　　

　　激光切割工作原理

 

　　激光切割與其他切割方法相比較，總的特點是切割速度快、質量高。具體概括為如下幾個方面：

 

　　（1）切割質量好。由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。

　　（2）激光氣割切口細窄、切縫兩面平行并且與表面垂直度好。

　　（3）切割表面光潔美觀，甚至可作為最后一道加工工序，無需機械加工，零件可直接使用。

　　（4） 材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高。激光切割與其它切割方法的切割速度比較見下表，切割材料為低碳鋼板。

 

　　幾種切割方法的切割速度比較：

　　

　　（5）切割速度快，例如：2500W的激光切割1mm厚的冷軋碳鋼板，切割速度可達16-19m/min。

　　（6）非接觸式切割，激光切割時噴嘴與工件無接觸，不存在工具磨損。

 

　　一、激光切割占激光設備市場的39%

 

　　2019年激光市場雖然有所增長，但與前兩年相比增速開始放緩，全部領域的激光設備(含進口)市場銷售收入為658億元，同比增長8.8%。受全球經濟走勢不確定的影響，預計2020年中國激光設備市場整體銷售收入為645億元，將出現近十年來首次負增長，但其前景依然廣闊，絕對量不小。

 

　　

 

　　工業激光設備市場中，激光切割應用最為廣泛，占比達到39%，打標與焊接分列第二、三位，占比分別為19%、12%。

 

　

　　二、朝高功率、高精度、大幅面的方向挺進

 

　　近幾年，國產激光切割機技術有了突破性的發展，并朝著高功率、高精度、大幅面的方向挺進。在中國智能制造大背景下，工業領域都呈現從傳統加工向高端制造轉型的態勢，中國激光切割領域市場規模將一直保持著高速發展的趨勢。

 

　

 

 

　　三、壓縮空氣在激光切割領域的應用

 

　　激光切割機能夠應對各種材質和復雜形狀的切割要求，除了需要能夠提供高能量的激光器以外，輔助氣體是完成切割過程不可或缺的物質。用于激光切割的輔助氣體主要有氧氣（O2）、氮氣（N2）和壓縮空氣（Compressed Air）三種。壓縮空氣比氧氣和氮氣更容易獲得，價格與氧氣和氮氣相比非常便宜，采用壓縮空氣作為輔助氣體切割非常普遍。

 

　　壓縮空氣品質對金屬激光切割質量有非常直接的影響，氣體壓力的大小和穩定性會影響切割的效果。配套激光切割機作為輔助氣體的空氣壓縮機的規格大小的選擇，主要應根據激光切割機所采用的激光切割頭的設計輔助氣體壓力和噴嘴大小來確定，這樣就能得到最佳的空氣壓縮機與激光切割機的匹配。

 

　　采用不同輔助氣體進行激光切割的比較

 

　　激光切割時，根據切割板材材質的不同，來選擇不同的切割氣體。切割氣體及其壓力的選擇，對激光切割品質有很大的影響。

 

　　激光切割加工常用的輔助氣體有氧氣（O2）、氮氣（N2）和壓縮空氣（Compressed Air），有時還會用到氬氣（Ar）。按照氣體壓力又可分為高壓氣體和低壓氣體。

 

 

　　激光切割輔助氣體的作用主要包括：助燃及散熱、及時吹掉切割產生的熔漬、防止切割熔漬向上反彈進入噴嘴、保護聚焦透鏡等。根據被切割材料的不同，結合激光切割機的功率，選擇不同的激光切割工藝，輔助氣體的選擇也不盡相同。不同種類輔助氣體的特點、用途和適用范圍如下：

 

　　(1) 氧氣（O2）主要用于切割碳鋼材料。氧氣與鐵元素的化學反應熱促進金屬吸熱熔化，可以大幅度提高切割效率，實現更厚材料的切割，明顯提高激光切割機的加工能力。但同時由于氧氣的存在，會在切口端面產生明顯的氧化膜，而且會對切割面周圍材料產生淬火效應，提高這部份材料的硬度，對后續加工造成一定的影響。氧氣切割的材料切口端面發黑或者暗黃色。一般碳鋼板采用氧氣切割，低壓打孔，低壓切割。

 

　　(2) 氮氣（N2）采用氮氣作為輔助氣體切割時，氮氣會在熔化的金屬周圍形成保護氛圍，防止材料被氧化，避免氧化膜的形成，實現無氧化切割。但同時因為氮氣不與金屬產生化學反應，沒有反應熱的產生，切割能力不如氧氣，而且氮氣切割的氮氣消耗量比氧氣大數倍，切割成本要高于氧氣切割。無氧化切割面具有可直接熔接、涂抹、耐腐蝕性強等特點，切口端面發白。一般采用氮氣切割不銹鋼、鍍鋅板、鋁及鋁合金板、黃銅等材料，用低壓穿孔，用高壓切割。氮氣切割時，氣體流量的改變對切割的影響很大，在保證切割氣體壓力的情況下，一定要保證氣體流量的充足。

 

　　(3)壓縮空氣（Compressed Air）壓縮空氣可以用空氣壓縮機直接提供，相對于氧氣和氮氣要容易獲得，價格非常便宜。雖然空氣中只含有約20%的氧氣，切割效率遠不及氧氣切割，但切割能力與氮氣接近，空氣切割效率略高于氮氣切割。空氣切割的切口端面發黃。在對材料切口表面色澤沒有嚴格要求時，用壓縮空氣替代氮氣切割是最經濟實用的選擇。

 

　　(4) 氬氣（Ar）氬氣為惰性氣體，在激光切割中能起到防止氧化和氮化的作用，在溶接中也可以使用。但是氬氣價格比氮氣更高，一般普通激光切割采用氬氣極不劃算。氬氣切割主要用于鈦及鈦合金等，氬氣切割的切口端面發白。

 

　　目前市場上的液氮大約為1400元/噸，激光切割用的液氮都需要采用杜瓦罐，一般是120kg一罐，1kg價格在3元以上，姑且按1400元/噸計算。

 

　　120x1.4=168元，標準狀態氮氣的比重為1.25kg/m3，因此一罐杜瓦罐液氮的最大使用量約為：120/1.25=96Nm3，折算成每Nm3的氮氣成本為：168/96=1.75元/Nm3

 

　　如果采用某國產品牌空壓機提供16bar的壓縮空氣，每分鐘提供1.27m3，該型號空氣壓縮機的滿負荷輸入功率是13.4kW。

 

　　工業電費按1.0元/度計算，則每m3的空氣成本為：13.4x1.0/(1.27x60)=0.176元/m3，按照每分鐘實際消耗0.5m3氣體，激光切割機每天工作8小時計算，則采用空氣切割相比氮氣切割每天可節省的成本為：(1.75-0.176)x8x60x0.5=378元。如激光切割機一年工作300天，則一年可節省的用氣成本為：378x300=113,400元。由此可見，采用壓縮空氣替代氮氣切割非常經濟實用。

 

　　近幾年，國產激光切割機技術有了突破性的發展，并朝著高功率、高精度、大幅面的方向挺進。在中國智能制造大背景下，工業領域都呈現從傳統加工向高端制造轉型的態勢，中國激光切割領域市場規模將一直保持著高速發展的趨勢，這將為激光用空壓機帶來極大的市場增長空間。