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制氮機在激光切割中的應(yīng)用
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發(fā)布時間：2017-03-25 16:31:31
氧氣輔助燃燒增加熱量，提高了切割厚度。優(yōu)勢在于低成本，主要應(yīng)用于碳鋼
。氮氣不輔助燃燒，熔化區(qū)域溫度較低，適合加工鋁、黃銅等低熔點材料。氮
氣保護切縫不被氧化，還可用于不銹鋼的無氧化切割，加工范圍見表1。
表1 激光切割加工范圍
材料 輔助氣體 最大切割厚度/mm
碳鋼 O2 16～20
不銹鋼 O2 6～10
不銹鋼 N2 8～12
硬鋁 N2 4～8
軟鋁 N2 2～6
黃銅 N2 3～4
二、氮氣切割要素
氮氣切割因自身的特點，切割條件和氧氣切割有著明顯的差異。經(jīng)過兩年多的
實際應(yīng)用，我們通過實踐逐步掌握了氮氣切割的要素。
1.氣體參數(shù)
氣壓和噴嘴決定了切斷面的表面粗糙度、毛刺。適當(dāng)增加氣壓有利于排渣，但
過大則會增加表面粗糙度值。氮氣切割對于氣體參數(shù)有如下要求：（1）氣壓
氮氣不參與燃燒，用于吹掉相對溫度較低的液態(tài)材質(zhì)，需要（10～14）*105Pa
的高氣壓。而氧氣切割的壓力一般不超過4*105Pa。（2） 噴嘴 氮氣使用高壓
，要求較大的噴嘴直徑以保證出氣量。例如切割2mm厚的不銹鋼，氧氣使用噴嘴
HK10（? 10mm），氮氣則要求HK15（?15mm）。（3）純度氮氣純度對切割質(zhì)量
有很大影響（見表2），所含氧氣影響切割質(zhì)量。而水分則會對激光器造成危
害，因此氣體級別至少應(yīng)保證在4.5級。
2.切割參數(shù)
切割參數(shù)、加工程序相互獨立，方便了參數(shù)的調(diào)整。豐富的參數(shù)可控制切割過
程的各個方面，是決定切割質(zhì)量的關(guān)鍵所在。氮氣切割和氧氣切割因加工方式
上的差異，對下列切割參數(shù)有著不同的要求。
表2 氮氣純度和切割質(zhì)量的關(guān)系
氣體級別 氣體純度（%） 氧氣含量*10-6
水含量*10-6 切割斷面面質(zhì)量
2.8 ≥99.8 ≤500
≤20 無氧氣，表面微黃
3.5 ≥99.95 ≤100
≤10 無氧化，沒有光澤
4.5 ≥99.995 ≤10
≤5 無氧化，斷面光亮
5.0 ≥99.9999 ≤3
≤5 安全無氧化，斷面有光澤
（1） 速度 氮氣切割僅僅依靠激光熔化材料，需要時間較長，切割速度較氧氣
切割慢。
（2） 功率 氮氣切割要求高功率保證持續(xù)的村質(zhì)熔化。一律在100%左右。
（3） 焦點位置 氮氣切割完全依靠激光能量，焦點下移能夠增強光束能量，要
求焦點接近板材的底端。氧氣切割則要求焦點在板材表面。
（4） 穿孔氣壓到切割氣壓的轉(zhuǎn)換時間 氮氣切割時穿孔氣壓為2*105Pa，和切
割氣壓有很大差距。氣壓陡然上升容易導(dǎo)致激光斷弧。提供幾十毫秒的緩沖時
間使氣壓平衡過渡，保證切割質(zhì)量。氧氣切割時穿孔氣壓和切割氣壓差距很小
，不需要提供這個轉(zhuǎn)換時間。
（5） 加速因子 切割改變方向時的加速度。氮氣切割時因能量需求增加，所以
一般低于1m/s2，而且隨厚度的增加而急劇降低。氧氣切割時為一般1m/s2左右
，而且不隨厚度劇烈變化，而是小幅下降。
三、氮氣切割的應(yīng)用
氮氣切割在實際生產(chǎn)中解決了許多加工難題，并且將加工范圍擴大到了鋁、黃
銅等氧氣切割很難加工的領(lǐng)域。下面介紹一下它在各種材料、領(lǐng)域中的應(yīng)用。
1.碳鋼
碳鋼使用氧氣切割。表面溫度因為碳輔助熔化、氧氣助燃而非常高。當(dāng)切割尖
銳角、直徑小于料厚的孔時，狹小的區(qū)域內(nèi)集中了過多的熱量，使切割質(zhì)量無
法保證。氮氣不輔助燃燒，加之具有的冷卻作用，適合解決這類加工難題，能
夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2.不銹鋼
從成本考慮，切割邊氧化不影響使用的不銹鋼零件采用氧氣切割。但不銹鋼中
合金元素Ni等的含量較大，熔化物粘度大，流動性差，氧氣切割時較低的氣壓
容易導(dǎo)致粘渣等質(zhì)量缺陷。焊接不銹鋼時氧化層嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，特別是氬
弧焊。氮氣切割提供的優(yōu)質(zhì)無氧化斷面，滿足了不銹鋼焊接對切割斷面的高要
求。
3.鋁、黃銅
鋁、黃銅對激光有著高反射率、低吸收率，要求高功率來熔化材料。而且要配
備反射吸收裝置，使不平線性波不反射回透鏡，來保護激光器的安全。要求氮
氣切割。
鋁的熔點較低，3mm厚以下的可用氧氣切割，但質(zhì)量很差，斷面而且毛刺堅硬。
使用氮氣切割斷面光滑，4mm厚以下能夠獲得沒有獲得毛刺的效果。鋁粘 性大
加上的熱傳導(dǎo)性，熔化物可能沒來得及吹走就已經(jīng)冷卻了，所以容易出現(xiàn)毛刺
。通過調(diào)整焦點，升高氣壓，降低速度來降低表面粗糙度值，以保證毛刺可輕
易清 除。
4.刻蝕
刻蝕是一種特殊切割，能量只有基本功率的5%。它僅對材料表面發(fā)生作用，主
要用來刻蝕標(biāo)記。氧氣刻蝕溫度高度，有時表面出現(xiàn)焊渣。集中刻蝕還會因熱
量集中而損傷零件表面。氮氣刻蝕光亮且不損傷表面，可用來刻蝕要求較高的
說明文字。
四、結(jié)語
氧氣切割厚度大、成本低，主要應(yīng)用于碳鋼。氮氣的冷卻、保護作用提高了切
割質(zhì)量，并且在不銹鋼、鋁、黃銅的切割中取得良好效果，解決了許多加工難
題。
另外，不輔助燃燒的特點還能用來加工木材、有機玻璃等特殊材料，有著廣闊
的應(yīng)用前景。
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