激光切割技術(shù)需要輔助氣體的了解:
需要使用輔助氣體進(jìn)行激光切割是因?yàn)?,聚焦光束在焦點(diǎn)附近所產(chǎn)生了熔融金屬,使用氣體壓力可以從切割區(qū)域把熔融的金屬吹走。這種方法在加工低鋁鋼時(shí)效果最好,當(dāng)加熱溫度高于燃點(diǎn)時(shí),該加工過程從材料的熱反應(yīng)過程中吸收額外能量。這樣,使用輔助氣體時(shí),激光功率將更低,稱為激光熔融切割。使用氧氣作為輔助氣體來切割碳素鋼可用來加工厚度達(dá)40 mm的材料。
碳素鋼的二維切割主要使用的是CO2激光器,因?yàn)樗軌虻玫阶罴训某杀拘б?,?duì)1 mm厚的金屬其切割速度為10 m/min,6 mm厚的為 3 m/min,15 mm厚的為1 m/min。
在厚碳鋼板加工中,氧氣的主要作用是輔助鋼板的鍛燒過程。此外,它也有助于清除熔融的材料。通常來說,輔助氣體的壓強(qiáng)和體積都很小。例如,通常6-8 PSI 的氧氣可以加工1 5/8英寸厚的鋼板。氧氣的氣壓太大的話容易帶來燃燒過程的不可控性。一旦燃燒過程開始,只需要很少的氧氣就能維持該過程。然而,熔化的材料必須通過輔助氣體的流動(dòng)來清理。如果使用標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴,輔助氣體管道內(nèi)的沖擊波會(huì)導(dǎo)致切口邊緣有條紋和溝槽。而使用環(huán)形流噴嘴可以避免這個(gè)問題。
高壓惰性氣體輔助切割過程
當(dāng)切割高合金鋼和合金鋁時(shí),通常使用惰性氣體(氮?dú)猓瑲鍤?作為輔助切割的氣體,這樣,切割過程就僅取決于激光光束的能量。所以,激光功率會(huì)比使用氧氣作為輔助氣體時(shí)更大。高壓切割過程并不會(huì)對(duì)切口產(chǎn)生氧化的效果,這對(duì)于切割后將進(jìn)行焊接的情況來說很重要。目前在工業(yè)領(lǐng)域,激光熔融切割被用于厚度達(dá)25 mm的材料加工。對(duì)于1 mm厚的材料來說,典型的切割速度是,達(dá)8 m/min,對(duì)3 mm厚的材料來說,速度為4.5 m/min,對(duì)于8 mm厚的材料來說,速度為1.5 m/min。
在這些應(yīng)用中,高壓氮作為輔助氣體被用來隔絕切口與外界氧氣的接觸,并且從切口處把熔融的材料快速的吹干凈。切割不銹鋼時(shí),輔助氣體壓強(qiáng)范圍從300到400 PSI。更薄的不銹鋼可以使用低壓強(qiáng)氣體,范圍為100-200 PSI。
輔助氣體成本
有很多方法可以提供氧氣和氮?dú)?。?shí)際上氧氣和氮?dú)獾膯挝怀杀臼呛茴愃频?。使用氮?dú)鈦碜鳛檩o助氣體時(shí)花費(fèi)更大,因?yàn)榍懈钸^程消耗了更多的氣體,但是,它可以得到“干凈的切口”,而不用二次加工來進(jìn)行修整。通過選擇不同的供氣方式,氣體成本可以得到降低;高壓氣缸的單位成本比其他各種不同的供氣系統(tǒng)要來的貴。而且氣缸供氣還需要租金,使用的氣體存儲(chǔ)體積越大,租金越高。
一些應(yīng)用中,空氣(氧-氮混合氣體)也可以用來作為輔助氣體。壓縮空氣是現(xiàn)有的CO2激光切割設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程的一部分。在傳輸光束的過程中,空氣起到凈化光束的作用,它防止外部污染物進(jìn)入密閉的光路中。用于凈化光束的空氣還可以保證光學(xué)元件的清潔度,從而延長(zhǎng)光學(xué)元件的壽命??諝膺€與氣閥,氣缸,傳動(dòng)裝置相連,可以發(fā)揮氣動(dòng)開關(guān),光束衰減和裝夾的作用。某些材料可以被切割得更快。在這些實(shí)例中,空氣必須是干凈,干燥且經(jīng)過濾的。對(duì)于空氣輔助切割來說,可切割材料有厚度上的限制。通常是3 mm或者更薄,而且,空氣輔助切割會(huì)稍微在切口表面留下氧化痕跡。雖然比氧氣或氮?dú)庖阋?,但是空氣的供給還是需要用電力來實(shí)現(xiàn)所需的氣體壓強(qiáng)和體積。
不論選擇何種氣體,這方面的成本通常是小于總成本的10%??諝馐亲畋阋说?,但是使用的范圍很有限,氮?dú)馐亲钯F的,但是可以產(chǎn)生干凈的切口而不需要二次加工。
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