制氮机在激光切割中的应用_行业动态_深圳市特洛伊新能源有限公司

氧气辅助燃烧增加热量，提高了切割厚度。优势在于低成本，主要应用于碳钢

。氮气不辅助燃烧，熔化区域温度较低，适合加工铝、黄铜等低熔点材料。氮

气保护切缝不被氧化，还可用于不锈钢的无氧化切割，加工范围见表1。

表1 激光切割加工范围

材料辅助气体最大切割厚度/mm

碳钢 O2 16～20

不锈钢 O2 6～10

不锈钢 N2 8～12

硬铝 N2 4～8

软铝 N2 2～6

黄铜 N2 3～4

二、氮气切割要素

氮气切割因自身的特点，切割条件和氧气切割有着明显的差异。经过两年多的

实际应用，我们通过实践逐步掌握了氮气切割的要素。

1.气体参数

气压和喷嘴决定了切断面的表面粗糙度、毛刺。适当增加气压有利于排渣，但

过大则会增加表面粗糙度值。氮气切割对于气体参数有如下要求：（1）气压

氮气不参与燃烧，用于吹掉相对温度较低的液态材质，需要（10～14）*105Pa

的高气压。而氧气切割的压力一般不超过4*105Pa。（2）喷嘴氮气使用高压

，要求较大的喷嘴直径以保证出气量。例如切割2mm厚的不锈钢，氧气使用喷嘴

HK10（? 10mm），氮气则要求HK15（?15mm）。（3）纯度氮气纯度对切割质量

有很大影响（见表2），所含氧气影响切割质量。而水分则会对激光器造成危

害，因此气体级别至少应保证在4.5级。

2.切割参数

切割参数、加工程序相互独立，方便了参数的调整。丰富的参数可控制切割过

程的各个方面，是决定切割质量的关键所在。氮气切割和氧气切割因加工方式

上的差异，对下列切割参数有着不同的要求。

表2 氮气纯度和切割质量的关系

气体级别气体纯度（%）氧气含量*10-6

水含量*10-6 切割断面面质量

2.8 ≥99.8 ≤500

≤20 无氧气，表面微黄

3.5 ≥99.95 ≤100

≤10 无氧化，没有光泽

4.5 ≥99.995 ≤10

≤5 无氧化，断面光亮

5.0 ≥99.9999 ≤3

≤5 安全无氧化，断面有光泽

（1）速度氮气切割仅仅依靠激光熔化材料，需要时间较长，切割速度较氧气

切割慢。

（2）功率氮气切割要求高功率保证持续的村质熔化。一律在100%左右。

（3）焦点位置氮气切割完全依靠激光能量，焦点下移能够增强光束能量，要

求焦点接近板材的底端。氧气切割则要求焦点在板材表面。

（4）穿孔气压到切割气压的转换时间氮气切割时穿孔气压为2*105Pa，和切

割气压有很大差距。气压陡然上升容易导致激光断弧。提供几十毫秒的缓冲时

间使气压平衡过渡，保证切割质量。氧气切割时穿孔气压和切割气压差距很小

，不需要提供这个转换时间。

（5）加速因子切割改变方向时的加速度。氮气切割时因能量需求增加，所以

一般低于1m/s2，而且随厚度的增加而急剧降低。氧气切割时为一般1m/s2左右

，而且不随厚度剧烈变化，而是小幅下降。

三、氮气切割的应用

氮气切割在实际生产中解决了许多加工难题，并且将加工范围扩大到了铝、黄

铜等氧气切割很难加工的领域。下面介绍一下它在各种材料、领域中的应用。

1.碳钢

碳钢使用氧气切割。表面温度因为碳辅助熔化、氧气助燃而非常高。当切割尖

锐角、直径小于料厚的孔时，狭小的区域内集中了过多的热量，使切割质量无

法保证。氮气不辅助燃烧，加之具有的冷却作用，适合解决这类加工难题，能

够提高产品质量。

2.不锈钢

从成本考虑，切割边氧化不影响使用的不锈钢零件采用氧气切割。但不锈钢中

合金元素Ni等的含量较大，熔化物粘度大，流动性差，氧气切割时较低的气压

容易导致粘渣等质量缺陷。焊接不锈钢时氧化层严重影响焊接质量，特别是氩

弧焊。氮气切割提供的优质无氧化断面，满足了不锈钢焊接对切割断面的高要

求。

3.铝、黄铜

铝、黄铜对激光有着高反射率、低吸收率，要求高功率来熔化材料。而且要配

备反射吸收装置，使不平线性波不反射回透镜，来保护激光器的安全。要求氮

气切割。

铝的熔点较低，3mm厚以下的可用氧气切割，但质量很差，断面而且毛刺坚硬。

使用氮气切割断面光滑，4mm厚以下能够获得没有获得毛刺的效果。铝粘性大

加上的热传导性，熔化物可能没来得及吹走就已经冷却了，所以容易出现毛刺

。通过调整焦点，升高气压，降低速度来降低表面粗糙度值，以保证毛刺可轻

易清除。

4.刻蚀

刻蚀是一种特殊切割，能量只有基本功率的5%。它仅对材料表面发生作用，主

要用来刻蚀标记。氧气刻蚀温度高度，有时表面出现焊渣。集中刻蚀还会因热

量集中而损伤零件表面。氮气刻蚀光亮且不损伤表面，可用来刻蚀要求较高的

说明文字。

四、结语

氧气切割厚度大、成本低，主要应用于碳钢。氮气的冷却、保护作用提高了切

割质量，并且在不锈钢、铝、黄铜的切割中取得良好效果，解决了许多加工难

题。

另外，不辅助燃烧的特点还能用来加工木材、有机玻璃等特殊材料，有着广阔

的应用前景。

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制氮机在激光切割中的应用

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