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激光切割：高功率+空氣=低成本？
閱讀：475 發布時間：2022-8-26隨著行業的競爭日益激烈，如何提高效率、降低成本成為大多數用戶關心的問題。光纖憑著切割速度快、材料變形小、加工精度高等優勢，迅速成為了市場主流。高功率的應用，更是大大提高了激光加工的效率，薄板極限切割速度已能夠挑戰機械性能的控制極限，中厚板切割工藝也在不斷突破中。
上表為不同功率機所對應的不銹鋼氮氣切割的速度對比。可見對不銹鋼切割而言，功率越高，切割速度就越快。
光纖激光切割機常用的切割輔助氣體有氧氣、氮氣、空氣三種。但由于氮氣、氧氣成本均高于壓縮空氣，且氮氣、氧氣的價格逐年上漲，因此使用空氣作為切割輔助氣體，能大大降低生產的成本。
氧氣主要用于碳鋼切割，其原理是氧氣與金屬發生氧化反應，放出大量的氧化熱，同時一定氣壓會把氧化物和熔渣從反應區吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應產生了大量的熱，因此不需要太高的功率，但切尖角容易過燒。
氮氣主要用于不銹鋼和鋁板切割，同時也可切割一定厚度的碳鋼板，功率越高，可切割的碳鋼板厚度也越大。氮氣切割依靠激光的能量把金屬熔化，高氣壓吹走熔融物并保證期間避免發生不合理的化學反應。在不銹鋼、鋁板切割上可以得到比較光亮的斷面效果，尖角效果也更好。
空氣本身存在于大氣中，利用空壓機將其壓縮到儲氣罐，再經過過濾、冷卻和干燥裝置，去除空氣中的水和油，即可使用。空氣的切割原理與氮氣類似，但由于空氣中含有約20％的氧氣，因此可在一定程度彌補氧氣和氮氣的不足。
下面以8kw激光切割機為例，針對不銹鋼、碳鋼兩種材料，對比各輔助氣體的切割效果。
從上往下依次為：12mm不銹鋼氮氣切割斷面、12mm不銹鋼空氣切割斷面、12mm不銹鋼空氣切割經拋光處理后的斷面。相比于氮氣切割，空氣切割的斷面較黑，但不掛渣，經過拋光處理后，斷面也可達到較為光亮的效果。
從速度上看，空氣切割不銹鋼略快于氮氣，但優勢并不明顯。
圖為空氣切割8mm碳鋼和10mm碳鋼的效果。可見8mm碳鋼有輕微掛渣，10mm掛渣較為嚴重，因此空氣切割不建議用于10mm以上的碳鋼板切割。同時，由于不同來源的碳鋼板質量不同，切割效果會有較大差異，因此空氣切割碳鋼工藝的穩定性還需要市場進一步驗證。
切割速度方面，空氣與氮氣相比并沒有優勢，但二者在8mm及以下的厚度上遠遠于氧氣。當然，氧氣切割碳鋼斷面的光亮度和底面光潔度，會更優于空氣和氮氣。
綜合考慮，在要求相對寬松的情況下，空氣切割具有較大成本優勢。但要注意，采用空氣切割，必須保證空氣經冷干機過濾，空壓機、冷干機需定時保養。若進入切割頭的空氣中含有水和油，會在短時間內造成保護鏡片結霧，影響切割質量，此時若未及時更換保護鏡，在高功率光束照射下還可能導致切割頭內部溫度升高，有可能造成內部鏡組的損壞。
對于加工量大的工廠而言，搭配高功率切割機，空氣切割能為其帶來更高的效率和更低的成本，這方面的收益遠高于工件二次處理的成本。但對于小型加工廠而言，空氣切割就未必能把成本降下來。因此是否采用空氣切割，需要根據自家產量來決定。