激光切割的原理是怎样的?( 二 )
辅助气体的种类
激光切割加工常用的辅助气体有氧气(O2)、氮气(N2)和压缩空气(CompressedAir) , 有时还会用到氩气(Ar) 。按照气体压力又可分为高压气体和低压气体 。
辅助气体种类的选择
激光切割辅助气体的作用主要:助燃及散热、及时吹掉切割产生的熔渍、防止切割熔渍向上反弹进入喷嘴、保护聚焦透镜等 。根据被切割材料的不同 , 结合激光切割机的功率 , 选择不同的激光切割工艺 , 辅助气体的选择也不尽相同 。不同种类辅助气体的特点、用途和适用范围如下:
(1)氧气(O2)主要用于切割碳钢材料 。氧气与铁元素的化学反应热促进金属吸热熔化 , 可以大幅度提高切割效率 , 实现更厚材料的切割 , 明显提高激光切割机的加工能力 。但同时由于氧气的存在 , 会在切口端面产生明显的氧化膜 , 而且会对切割面周围材料产生淬火效应 , 提高这部份材料的硬度 , 对后续加工造成一定的影响 。氧气切割的材料切口端面发黑或者暗黄色 。一般碳钢板采用氧气切割 , 低压打孔 , 低压切割 。
(2)氮气(N2)采用氮气作为辅助气体切割时 , 氮气会在熔化的金属周围形成保护氛围 , 防止材料被氧化 , 避免氧化膜的形成 , 实现无氧化切割 。但同时因为氮气不与金属产生化学反应 , 没有反应热的产生 , 切割能力不如氧气 , 而且氮气切割的氮气消耗量比氧气大数倍 , 切割成本要高于氧气切割 。无氧化切割面具有可直接熔接、涂抹、耐腐蚀性强等特点 , 切口端面发白 。一般采用氮气切割不锈钢、镀锌板、铝及铝合金板、黄铜等材料 , 用低压穿孔 , 用高压切割 。氮气切割时 , 气体流量的改变对切割的影响很大 , 在保证切割气体压力的情况下 , 一定要保证气体流量的充足 。
(3)压缩空气(CompressedAir)压缩空气可以用空气压缩机直接提供 , 相对于氧气和氮气要容易获得 , 价格非常便宜 。虽然空气中只含有约20%的氧气 , 切割效率远不及氧气切割 , 但切割能力与氮气接近 , 空气切割效率略高于氮气切割 。空气切割的切口端面发黄 。在对材料切口表面色泽没有严格要求时 , 用压缩空气替代氮气切割是最经济实用的选择 。
压缩空气(CompressedAir)压缩空气可以用空气压缩机直接提供 , 相对于氧气和氮气要容易获得 , 价格非常便宜 。虽然空气中只含有约20%的氧气 , 切割效率远不及氧气切割 , 但切割能力与氮气接近 , 空气切割效率略高于氮气切割 。空气切割的切口端面发黄 。在对材料切口表面色泽没有严格要求时 , 用压缩空气替代氮气切割是最经济实用的选择 。
压缩空气激光切割与氮气激光切割的经济性比较 , 目前市场上的液氮大约为1400元/t , 激光切割用的液氮都需要采用杜瓦罐 , 一般是120kg一罐 , 1kg价格在3元以上 。姑且按1400元/t计算 。
120×1.4=168元
标准状态氮气的比重为1.25kg/m3 , 因此一罐杜瓦罐液氮的最大使用量约120/1.25=96Nm3折算成每Nm3的氮气成本为168/96=1.75元/Nm3 。如果采用空压机提供16bar的压缩空气 , 每分钟可以提供1.27m3 , 该型号空气压缩机的满负荷输入功率是13.4kW 。工业电费按1.0元/kW·h计算 , 则每m3的空气成本为13.4×1.0/(1.27×60)=0.176元/m3按照每分钟实际消耗0.5m3气体 , 激光切割机每天工作8h计算 , 则采用空气切割相比氮气切割每天可以节省的成本为
(1.75-0.176)×8×60×0.5=378元
如激光切割机一年工作300天 , 则一年可以节省的用气成本为
378×300=113400元
由此可见 , 采用压缩空气替代氮气切割非常经济实用 , 一年下来节省下来的用气成本 , 足买3台高品质的一体式空气压缩机了 。
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