2010年以后，國(guó)內(nèi)激光企業(yè)大力發(fā)展大功率光纖激光切割機(jī)，由于其獨(dú)特的加工優(yōu)勢(shì)，加工成本大幅下降，目前特別是在鈑金加工行業(yè)中已取代傳統(tǒng)加工方式。而使用壓縮空氣作為輔助氣體因?yàn)槠涑杀咀畹?，已?jīng)被廣泛應(yīng)用在激光行業(yè)中。

工作原理

發(fā)振器產(chǎn)生的激光通過(guò)透鏡后，被匯聚于一點(diǎn)形成極小的光斑，通過(guò)精確控制透鏡與板材的距離，保證激光光斑穩(wěn)定在材料厚度方向上的某一位置，此時(shí)由于透鏡的匯聚作用，光斑處聚集了功率密度非常大的激光能量，功率密度通常能達(dá)到106～109W/cm2，材料吸收光斑能量后瞬間熔化，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流去除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)割開(kāi)工件，激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割可分為激光氣化切割、激光熔化切割、激光氧助熔化切割和控制斷裂切割四種。

輔助原理

激光切割輔助氣體的作用主要：助燃及散熱、及時(shí)吹掉切割產(chǎn)生的熔漬、防止切割熔漬向上反彈進(jìn)入噴嘴、保護(hù)聚焦透鏡等。根據(jù)被切割材料的不同，結(jié)合激光切割機(jī)的功率，選擇不同的激光切割工藝，輔助氣體的選擇也不盡相同。不同種類輔助氣體的特點(diǎn)、用途和適用范圍如下：

⑴氧氣（O2）作為輔助氣體時(shí)，在吹離熔化金屬液體的同時(shí)，還會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)促進(jìn)金屬吸熱熔化，從而實(shí)現(xiàn)更厚材料的熔化，這一過(guò)程會(huì)明顯提高激光的加工能力。但同時(shí)也是由于氧氣的存在，會(huì)使材料的切斷面發(fā)生明顯氧化，而且對(duì)切斷面周圍材料產(chǎn)生淬火效應(yīng)，提高了這部分材料的硬度，對(duì)后續(xù)加工造成一定影響。

⑵氮?dú)猓∟2）作為輔助氣體時(shí)，會(huì)在熔化金屬液體周圍形成保護(hù)氛圍，防止材料被氧化，從而保證切斷面品質(zhì)。但同時(shí)由于氮?dú)鉀](méi)有氧化能力無(wú)法增強(qiáng)熱量傳遞，就不會(huì)像氧氣那樣幫助提高切割能力。另外由于氮?dú)庾鳛檩o助氣體時(shí)，氮?dú)庀牧亢艽?，造成切割成本比使用其他氣體時(shí)有所升高。

⑶壓縮空氣（CompressedAir）作為輔助氣體切割時(shí)，氮?dú)饧s占78%，氧氣約占21%，由于氧氣的存在使得切割斷面必然要發(fā)生氧化反應(yīng)，但同時(shí)由于大量氮?dú)獾拇嬖?，氧氣帶?lái)的氧化反應(yīng)又不足以增強(qiáng)熱量傳遞，切割能力不會(huì)提高，因此可以將空氣切割效果理解為介乎于氮?dú)馇懈詈脱鯕馇懈钪g，而好處是空氣切割的成本非常低，所有成本就是空壓機(jī)為提供空氣而造成的電力消耗。

(4) 氬氣（Ar）氬氣為惰性氣體，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。但是氬氣價(jià)格比氮?dú)飧?，一般普通激光切割采用氬氣極不劃算。氬氣切割主要用于鈦及鈦合金等。氬氣切割的切口端面發(fā)白。

壓縮空氣激光切割機(jī)與激光氮?dú)馇懈顧C(jī)的經(jīng)濟(jì)性比較

目前市場(chǎng)上的液氮大約為1400 元/噸，激光切割用的液氮都需要采用杜瓦罐，一般是120kg 一罐，1kg 價(jià)格在3 元以上。姑且按1400元/噸計(jì)算。

120x1.4=168 元標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氮?dú)獾谋戎貫?.25kg/m3，因此一罐杜瓦罐液氮的最大使用量約為：120/1.25=96Nm3折算成每Nm3的氮?dú)獬杀緸椋?68/96=1.75元/Nm3

如果采用蔚藍(lán)WL15/16型空壓機(jī)提供15bar的壓縮空氣，每分鐘可以提供1.1m3，該型號(hào)螺桿式空壓機(jī)的滿負(fù)荷輸入功率是12.6kW。

工業(yè)電費(fèi)按1.0元/度計(jì)算，則每m3的空氣成本為：12.6x1.0/(1.1x60)=0.191元/m3，按照每分鐘實(shí)際消耗0.5m3氣體，激光切割空壓機(jī)每天工作8小時(shí)計(jì)算，則采用空氣切割相比氮?dú)馇懈蠲刻炜梢怨?jié)省的成本為：(1.75-0.191)x8x60x0.5=374元,如激光切割機(jī)一年工作300 天，則一年可以節(jié)省的用氣成本為：374x300=112200元，由此可見(jiàn)采用壓縮空氣替代氮?dú)馇懈钍欠浅＝?jīng)濟(jì)實(shí)用的。

左側(cè)氮?dú)馇懈睿覀?cè)壓縮空氣切割

壓縮空氣指標(biāo)

壓力：

激光切割機(jī)配套空氣壓縮機(jī)能切割多厚的板材這樣的問(wèn)題，主要取決于激光功率。如果激光功率足夠大，壓縮空氣壓力低一點(diǎn)也能切割；如果激光功率不夠大，壓縮空氣壓力再高也切割不了。只要激光功率足夠大，壓縮空氣壓力越高，激光切割質(zhì)量越好，切割效率越高。隨著激光切割空壓機(jī)功率從小功率向中功率再向大功率以至超大功率發(fā)展，配套激光切割機(jī)的空氣壓縮機(jī)的壓力的要求也從最開(kāi)始的8bar 提高到兩年前的12.5bar，再提高到現(xiàn)在的15bar，并且還在進(jìn)一步往20-30bar發(fā)展。

流量：

流量的大小主要看噴嘴的大小。噴嘴占到用氣量的80-90%，激光切割機(jī)的噴頭有好多個(gè)規(guī)格，常見(jiàn)的有1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0等。流量的確定可以通過(guò)噴嘴流量計(jì)算或者直接咨詢激光切割機(jī)廠家。

品質(zhì)

壓縮空氣的品質(zhì)對(duì)激光切割質(zhì)量有非常直接的影響。壓縮空氣中含有水霧和油，如果沒(méi)有處理干凈，高壓噴射到激光切割頭的保護(hù)鏡面上，就會(huì)嚴(yán)重影響激光束的傳輸，使焦點(diǎn)分散，造成產(chǎn)品切不透，產(chǎn)生廢品。如果是超大功率激光切割機(jī)，只要保護(hù)鏡面或噴嘴表面粘上一點(diǎn)點(diǎn)極細(xì)微的油膜或水霧，也有可能造成高能激光發(fā)射燒壞激光頭。

所以，配套激光切割機(jī)的壓縮空氣系統(tǒng)對(duì)油，水的含量及其敏感，要求無(wú)油無(wú)水無(wú)塵，配套激光切割機(jī)的壓縮空氣系統(tǒng)的最大難點(diǎn)在于壓縮空氣的干燥凈化裝置。

蔚藍(lán)WL系列螺桿冷干一體式空壓機(jī)，將微油螺桿和后處理設(shè)備集成在一起，形成一個(gè)獨(dú)立的小型空壓站。利用一體式鋁制高效冷干總成高效除水和四級(jí)精密過(guò)濾器高效除塵除油。在對(duì)空氣品質(zhì)極為嚴(yán)格的激光切割行業(yè)中能夠有效穩(wěn)定生產(chǎn)，讓客戶無(wú)后顧之憂。