早在上世纪 70 年代，激光就被首次应用于切割加工。进入本世纪以来，伴随着第三代激光技术光纤激光器的兴起和普及，激光切割被广泛应用于钣金、塑料、玻璃、陶瓷、半导体等材料加工。2010年以后，国内激光企业大力发展大功率光纤激光切割机，由于其独特的加工优势，加工成本大幅下降，目前特别是在钣金加工行业中已取代传统加工方式。而使用压缩空气作为辅助气体因为其成本最低，已经被广泛应用在激光行业中。

 

 

工作原理

 

　发振器产生的激光通过透镜后，被汇聚于一点形成极小的光斑，通过精确控制透镜与板材的距离，保证激光光斑稳定在材料厚度方向上的某一位置，此时由于透镜的汇聚作用，光斑处聚集了功率密度非常大的激光能量，功率密度通常能达到106～109W/cm2，材料吸收光斑能量后瞬间熔化，同时借助与光束同轴的高速气流去除熔融物质，从而实现割开工件，激光切割属于热切割方法之一。激光切割可分为激光气化切割、激光熔化切割、激光氧助熔化切割和控制断裂切割四种。

 

 

　　辅助原理

 

　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：

 

　⑴氧气（O2）作为辅助气体时，在吹离熔化金属液体的同时，还会发生氧化反应促进金属吸热熔化，从而实现更厚材料的熔化，这一过程会明显提高激光的加工能力。但同时也是由于氧气的存在，会使材料的切断面发生明显氧化，而且对切断面周围材料产生淬火效应，提高了这部分材料的硬度，对后续加工造成一定影响。

 

　⑵氮气（N2）作为辅助气体时，会在熔化金属液体周围形成保护氛围，防止材料被氧化，从而保证切断面品质。但同时由于氮气没有氧化能力无法增强热量传递，就不会像氧气那样帮助提高切割能力。另外由于氮气作为辅助气体时，氮气消耗量很大，造成切割成本比使用其他气体时有所升高。

 

　⑶压缩空气（CompressedAir）作为辅助气体切割时，氮气约占78%，氧气约占21%，由于氧气的存在使得切割断面必然要发生氧化反应，但同时由于大量氮气的存在，氧气带来的氧化反应又不足以增强热量传递，切割能力不会提高，因此可以将空气切割效果理解为介乎于氮气切割和氧气切割之间，而好处是空气切割的成本非常低，所有成本就是空压机为提供空气而造成的电力消耗。

 

　(4) 氩气（Ar）氩气为惰性气体，在激光切割中能起到防止氧化和氮化的作用，在溶接中也可以使用。但是氩气价格比氮气更高，一般普通激光切割采用氩气极不划算。氩气切割主要用于钛及钛合金等。氩气切割的切口端面发白。

压缩空气激光切割机与激光氮气切割机的经济性比较

 

　目前市场上的液氮大约为1400 元/吨，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/吨计算。

 

　120x1.4=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为：120/1.25=96Nm3折算成每Nm3的氮气成本为：168/96=1.75元/Nm3

 

　如果采用捷豹LS15/15型空压机提供15bar的压缩空气，每分钟可以提供1.1m3，该型号螺杆式空压机的满负荷输入功率是12.6kW。

 

　工业电费按1.0元/度计算，则每m3的空气成本为：12.6x1.0/(1.1x60)=0.191元/m3，按照每分钟实际消耗0.5m3气体，激光切割空压机每天工作8小时计算，则采用空气切割相比氮气切割每天可以节省的成本为：(1.75-0.191)x8x60x0.5=374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：374x300=112200元，由此可见采用压缩空气替代氮气切割是非常经济实用的。

 

左侧氮气切割，右侧压缩空气切割

 

　

压缩空气指标

 

　压力：

　激光切割机配套空气压缩机能切割多厚的板材这样的问题，主要取决于激光功率。如果激光功率足够大，压缩空气压力低一点也能切割；如果激光功率不够大，压缩空气压力再高也切割不了。只要激光功率足够大，压缩空气压力越高，激光切割质量越好，切割效率越高。随着激光切割空压机功率从小功率向中功率再向大功率以至超大功率发展，配套激光切割机的空气压缩机的压力的要求也从最开始的8bar 提高到两年前的12.5bar，再提高到现在的15bar，并且还在进一步往20-30bar发展。

 

　流量：

　流量的大小主要看喷嘴的大小。喷嘴占到用气量的80-90%，激光切割机的喷头有好多个规格，常见的有1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0等。流量的确定可以通过喷嘴流量计算或者直接咨询激光切割机厂家。

 

 

　品质

　压缩空气的品质对激光切割质量有非常直接的影响。压缩空气中含有水雾和油，如果没有处理干净，高压喷射到激光切割头的保护镜面上，就会严重影响激光束的传输，使焦点分散，造成产品切不透，产生废品。如果是超大功率激光切割机，只要保护镜面或喷嘴表面粘上一点点极细微的油膜或水雾，也有可能造成高能激光发射烧坏激光头。

 

 

　所以，配套激光切割机的压缩空气系统对油，水的含量及其敏感，要求无油无水无尘，配套激光切割机的压缩空气系统的最大难点在于压缩空气的干燥净化装置。

 

　捷豹LS系列螺杆冷干一体式空压机，将微油螺杆和后处理设备集成在一起，形成一个独立的小型空压站。利用一体式铝制高效冷干总成高效除水和四级精密过滤器高效除尘除油。在对空气品质极为严格的激光切割行业中能够有效稳定生产，让客户无后顾之忧。(转自:中国压缩机网)