激光切割的選擇

卓輝激光

CO2激光器功率為5,，6或7 KW。不同級別的 自動化控制 (從雙向移動工作臺到自動升降系統(tǒng),，或者將原料加工與各種貯藏系統(tǒng)相結(jié)合) 縮短了停工期,，降低了零件的單位生產(chǎn)成本。氧氣和氮氣,，作為切割時的常用輔助氣體,，在一些情況下被“空氣”所取代，這是用室內(nèi)壓縮機或者工業(yè)合成所得到的,。這些條件直接影響了最終的加工成本,。
        今天的制造商們是如何優(yōu)化他們的生產(chǎn)過程的呢？激光切割車間對具體應(yīng)用和要求的明確將有助于優(yōu)化整個切割系統(tǒng)的選擇,。這里必須要考慮那些不但影響切口質(zhì)量而且影響切割過程的條件,。
        得到“高質(zhì)量”切口的關(guān)鍵因素包括了：切口的寬度（切割處材料的損耗），切口表面的氧化和粗糙程度,，以及所容許的尺寸誤差,。進(jìn)行切割操作的關(guān)鍵因素包括了：切割速度，操作的靈活性,，容許公差,，以及生產(chǎn)和啟動過程的簡便性。
         
1 O( J. ^7 b! |2 T        激光功率
( d  T( E) Z8 m; V        事實上,，并不是激光功率越大零件加工速度就越快,，還有其他因素會影響切割速度的提高。激光諧振腔的類型就會影響整個系統(tǒng)的切割速度和成本效益,。激光功率的提高和光束質(zhì)量的改善擴大了激光應(yīng)用的范圍,。大部分激光系統(tǒng)的功率高于2 KW，而且現(xiàn)在已有功率大于7 kW的系統(tǒng)可供使用,。提高功率不一定就帶來切割速度的提高,。在熱切割的過程中，功率超過3或者4 KW 時,，可能擴大材料的熱影響區(qū)域,，從而就對驅(qū)動系統(tǒng)要求更高，因此限制了切割速度,。
        對于某些材料來說,，光束質(zhì)量對切割速度的影響并不亞于激光功率。CO2激光器根據(jù)諧振腔的不同可以有各種不同的類型：快速軸流激光器,，橫流激光器,，擴散冷卻激光器（或板條激光器）。每種諧振腔類型得到不同的光束質(zhì)量和焦斑直徑,，以及不同的激光功率,。擴散冷卻激光器的光束質(zhì)量可能比較好，但是總功率受到限制,�,？焖佥S流和橫流型激光器可以產(chǎn)生功率在6-7 KW的激光，但是光束質(zhì)量在4 kW以上就可能開始下降,。
金屬加工的考慮
        更高的激光功率主要有助于增加可加工材料的厚度,。對于氧氣作為輔助氣體的碳素鋼切割來說,，隨著功率的提高,，進(jìn)料速度并沒有實質(zhì)性的增加,。由于熱反應(yīng)過程的存在,，功率/進(jìn)料率存在著一個上限,，對應(yīng)這個最大值，可以切割一定厚度的材料,。作用在材料上功率的提高并不能自動轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧霞庸に俣鹊奶岣摺?
        使用高壓氮作為輔助氣體對厚不銹鋼板進(jìn)行切割可以得到無氧化切口,。比如，6.0 kW CO2激光器可以加工厚度達(dá)11/4英寸的不銹鋼。在高壓或者惰性氣體切割過程中,，輔助氣體的主要功能是保護切口邊緣不至于形成氧化,，并且將熔融的物質(zhì)很快的吹干凈,，從而避免它們粘在邊緣而形成毛邊,。
6 m) L' n7 {, a9 J9 T# _        因為提高切割功率會導(dǎo)致成本提高,，所以如果能夠帶來更多經(jīng)濟效益的話，那么提高功率也是可行的,。目前,，大部分需加工的金屬薄板厚度達(dá)6 mm,，使用的是功率為3.5 kW的激光進(jìn)行加工,，當(dāng)加工速度需要提高時，在保證光束質(zhì)量的情況下可以提高激光功率,。
) f4 V: R* ~& X( P        若需要加工更厚的材料,， 則可以使用高功率的激光器以更快的速度進(jìn)行切割,。考慮到投資成本和與激光器有關(guān)的運轉(zhuǎn)費用增加可能帶來的劣勢，必須準(zhǔn)確估計速度提高所帶來的優(yōu)勢。在速度提高的情況下,，如果沒有增加額外功率的話將很難實現(xiàn)。
         
自動化過程
5 P3 R: @8 q! W        需要按時加工的時間越多越有利于自動化過程。自動控制設(shè)備可以被添加到現(xiàn)有的系統(tǒng)中,，并隨著生產(chǎn)要求提高而進(jìn)行升級,。基本的自動操作包括：自動上料,，自動下料,，以及自動連接到存儲系統(tǒng)。自動裝載系統(tǒng)通常包括了一臺起重設(shè)備來將材料加載到切割平臺上,。當(dāng)系統(tǒng)擴展為自動上下料功能時,，起重設(shè)備能不僅傳送新材料也卸下加工好的材料。增加與自動上下料過程相銜接的存儲系統(tǒng)就完善了整個自動化系統(tǒng) ,。
0 v) C: g8 a( T7 C3 T" ]1 m/ v8 C        因為每個自動化級別都需要額外的資金投入,，這樣如果采用輪班工作制度，那么由投資所帶來的回報就可以更快的被實現(xiàn),。如果不考慮激光的工作時間,，自動操作過程不需要人工操作，提高了生產(chǎn)率,，帶來了安全的工作環(huán)境,，優(yōu)化了工作環(huán)境和后勤。
* M% c- v  a4 t4 ]5 ]8 }        最后,，需要選擇切割輔助氣體,。對于激光切割過程有一個基本的認(rèn)識將有助于選擇合適的氣體。
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        氣體輔助激光切割
+ C. _0 J4 X9 `2 |6 w        需要使用輔助氣體進(jìn)行激光切割是因為,，聚焦光束在焦點附近所產(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效果最好,，當(dāng)加熱溫度高于燃點時,，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,，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,。
4 C" P- J# B, b1 X# n0 N        碳素鋼的二維切割主要使用的是CO2激光器，因為它能夠得到最佳的成本效益,，對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,。
: X: J) Z! N/ ]  u* F# I# @        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問題,。
高壓惰性氣體輔助切割過程
. l5 k. m# N+ X: j4 r% `! c8 z3 ?, q& c        當(dāng)切割高合金鋼和合金鋁時,，通常使用惰性氣體(氮氣，氬氣)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,，激光功率會比使用氧氣作為輔助氣體時更大,。高壓切割過程并不會對切口產(chǎn)生氧化的效果,，這對于切割后將進(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,。對于1 mm厚的材料來說,，典型的切割速度是，達(dá)8 m/min,，對3 mm厚的材料來說,，速度為4.5 m/min，對于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，輔助氣體壓強范圍從300到400 PSI,。更薄的不銹鋼可以使用低壓強氣體,，范圍為100-200 PSI。
         
        輔助氣體成本
: \7 Z6 B0 r7 c; }$ f0 Y- {        有很多方法可以提供氧氣和氮氣。實際上氧氣和氮氣的單位成本是很類似的,。使用氮氣來作為輔助氣體時花費更大,，因為切割過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,，從而延長光學(xué)元件的壽命,。空氣還與氣閥,，氣缸,，傳動裝置相連，可以發(fā)揮氣動開關(guān),，光束衰減和裝夾的作用,。某些材料可以被切割得更快。在這些實例中,，空氣必須是干凈,，干燥且經(jīng)過濾的。對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,，空氣輔助切割會稍微在切口表面留下氧化痕跡,。雖然比氧氣或氮氣要便宜，但是空氣的供給還是需要用電力來實現(xiàn)所需的氣體壓強和體積,。
: W' M2 P. m3 g        不論選擇何種氣體,，這方面的成本通常是小于總成本的10%,。空氣是最便宜的,，但是使用的范圍很有限,，氮氣是最貴的，但是可以產(chǎn)生干凈的切口而不需要二次加工,。

曹主利

環(huán)形流噴嘴是什么樣的,。就是普通的噴嘴嗎？

wangyuetuan

我們現(xiàn)在使用氮氣,，成本太高了,。用氧氣，空氣做過測試,，割SPCC1.2,，SECC1.2切割效果特別差。價格也不便宜,。不知道是氣體供應(yīng)商有問題,，還是怎么回事。我們主要是加工薄板,，在深圳,，有在使用氧氣和空氣的朋友交流一下。[email protected]

俞雨魚

所謂環(huán)形流噴嘴,，應(yīng)該就是復(fù)合噴嘴,，也就俗稱的雙噴嘴吧。

《Amada》

氧氣不適合割薄板   割薄板建議你使用氮氣  切割的效果比較好

sig_andy

對于碳鋼板,，如果使用氧氣切割,，端面會形成一層氧化層,，近似黑色,。如果用氮氣切割，端面是亮銀色,，如果氮氣不純,，可能會有一點點的黃。

0511080156

你是賣貳陸鏡片的,？

大眼鯊魚

切割包辦還是用氮氣的好,，就是太貴了

xfxz0514

感謝樓主!" w* O  f& a+ @# w
& P, S& d* V) t, S9 ]1 n( O8 Y謝謝分享！

yaohailing

學(xué)習(xí)了�,。,。,。。,。,。。,。,。�,！