【壓縮機網】早在上世紀 70 年代，激光就被首次應用于切割加工。進入本世紀以來，伴隨著第三代激光技術光纖激光器的興起和普及，激光切割被廣泛應用于鈑金、塑料、玻璃、陶瓷、半導體等材料加工。2010年以后，國內激光企業大力發展大功率光纖激光切割機，由于其獨特的加工優勢，加工成本大幅下降，目前特別是在鈑金加工行業中已取代傳統加工方式。而使用壓縮空氣作為輔助氣體因為其成本最低，已經被廣泛應用在激光行業中。

 

 

　　工作原理

 

　　發振器產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，功率密度通常能達到106～109W/cm2，材料吸收光斑能量后瞬間熔化，同時借助與光束同軸的高速氣流去除熔融物質，從而實現割開工件，激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割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。

 

　　輔助原理

 

　　激光切割輔助氣體的作用主要：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：

 

　?、叛鯕猓∣2）作為輔助氣體時，在吹離熔化金屬液體的同時，還會發生氧化反應促進金屬吸熱熔化，從而實現更厚材料的熔化，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生明顯氧化，而且對切斷面周圍材料產生淬火效應，提高了這部分材料的硬度，對后續加工造成一定影響。

 

　?、频獨猓∟2）作為輔助氣體時，會在熔化金屬液體周圍形成保護氛圍，防止材料被氧化，從而保證切斷面品質。但同時由于氮氣沒有氧化能力無法增強熱量傳遞，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。

 

　?、菈嚎s空氣（CompressedAir）作為輔助氣體切割時，氮氣約占78%，氧氣約占21%，由于氧氣的存在使得切割斷面必然要發生氧化反應，但同時由于大量氮氣的存在，氧氣帶來的氧化反應又不足以增強熱量傳遞，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為提供空氣而造成的電力消耗。

 

　　(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。

　　壓縮空氣激光切割機與激光氮氣切割機的經濟性比較

 

　　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  

 

　　如果采用捷豹LS15/15型空壓機提供15bar的壓縮空氣，每分鐘可以提供1.1m3，該型號螺桿式空壓機的滿負荷輸入功率是12.6kW。

　　工業電費按1.0元/度計算，則每m3的空氣成本為：12.6x1.0/(1.1x60)=0.191元/m3，按照每分鐘實際消耗0.5m3氣體，激光切割空壓機每天工作8小時計算，則采用空氣切割相比氮氣切割每天可以節省的成本為：(1.75-0.191)x8x60x0.5=374元,如激光切割機一年工作300 天，則一年可以節省的用氣成本為：374x300=112200元，由此可見采用壓縮空氣替代氮氣切割是非常經濟實用的。

　　左側氮氣切割，右側壓縮空氣切割
 

　　壓縮空氣指標

 

　　壓力：

　　激光切割機配套空氣壓縮機能切割多厚的板材這樣的問題，主要取決于激光功率。如果激光功率足夠大，壓縮空氣壓力低一點也能切割；如果激光功率不夠大，壓縮空氣壓力再高也切割不了。只要激光功率足夠大，壓縮空氣壓力越高，激光切割質量越好，切割效率越高。隨著激光切割空壓機功率從小功率向中功率再向大功率以至超大功率發展，配套激光切割機的空氣壓縮機的壓力的要求也從最開始的8bar 提高到兩年前的12.5bar，再提高到現在的15bar，并且還在進一步往20-30bar發展。

 

　　流量：

　　流量的大小主要看噴嘴的大小。噴嘴占到用氣量的80-90%，激光切割機的噴頭有好多個規格，常見的有1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0等。流量的確定可以通過噴嘴流量計算或者直接咨詢激光切割機廠家。

 

　　品質

　　壓縮空氣的品質對激光切割質量有非常直接的影響。壓縮空氣中含有水霧和油，如果沒有處理干凈，高壓噴射到激光切割頭的保護鏡面上，就會嚴重影響激光束的傳輸，使焦點分散，造成產品切不透，產生廢品。如果是超大功率激光切割機，只要保護鏡面或噴嘴表面粘上一點點極細微的油膜或水霧，也有可能造成高能激光發射燒壞激光頭。

　　所以，配套激光切割機的壓縮空氣系統對油，水的含量及其敏感，要求無油無水無塵，配套激光切割機的壓縮空氣系統的最大難點在于壓縮空氣的干燥凈化裝置。

 

　　捷豹LS系列螺桿冷干一體式空壓機，將微油螺桿和后處理設備集成在一起，形成一個獨立的小型空壓站。利用一體式鋁制高效冷干總成高效除水和四級精密過濾器高效除塵除油。在對空氣品質極為嚴格的激光切割行業中能夠有效穩定生產，讓客戶無后顧之憂。