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制氮机在激光切割中的应用

目录:行业动态点击率:发布时间:2017-03-25 16:31:31

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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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