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PSA制氧機在切割中的比較

編輯:杭州盛博凈化設備有限公司時間:2019-12-04

一、制氮機生產的氮氣切割的特點

        氮氣切割的主要優點是切割質量高、加工范圍廣,但也存在成本高的缺點。通過與氧切割的比較,可以詳細描述上述特性。

      1)切割質量

根據所用的輔助氣體,激光切割可分為氧切割和氮切割兩種方法。在氧氣切割過程中,氧氣參與燃燒,熔化溫度接近沸點。此外,氧化反應和熱影響區的增加使得切割質量相對較差,容易產生切割寬度、斷面斜度、表面粗糙度和焊接渣等質量缺陷。在氮氣切割中,材料被激光能量完全熔化,氮氣被吹出切割縫,以避免不適當的化學反應。熔點溫度相對較低。具有氮氣冷卻保護功能,反應穩定均勻,切削質量高。斷面平整光滑,表面粗糙度低,無氧化層。

  2)切割成本

  高純氮的價格是高純氧的3倍。氧氣切割氣壓要求(1~4)*105Pa,氮氣則需要(10~140*105Pa。例如,切割2MM厚的不銹鋼板,氧氣需要壓力4*105Pa、耗氣量2.3m3/h,氮氣則對應為14*105Pa、15.2m3/h。而且氮氣切割時要求高功率,相應增加了能耗。氮氣切割的綜合成本是氧氣切割的15倍以上。

  激光切割加工范圍

  材料 輔助氣體 切割厚度/mm

  碳鋼 O216~20

  不銹鋼 O26~10

  不銹鋼 N2 8~12

  硬鋁 N2 4~8

  軟鋁 N2 2~6

  黃銅 N2 3~4 3)加工范圍

  氧氣輔助燃燒增加熱量,提高了切割厚度。優勢在于低成本,主要應用于碳鋼。氮氣不輔助燃燒,熔化區域溫度較低,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,加工范圍見下面數據:

       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。經過實際實踐逐步掌握了氮氣切割的要素。

  1)氣體參數

  氣壓和噴嘴決定了切斷面的表面粗糙度、毛刺。適當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材質,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 氮氣純度對切割質量有很大影響,所含氧氣影響切割質量。而水分則會對激光器造成危害,因此氣體級別至少應保證在4.5級。

  2)切割參數

  切割參數、加工程序相互獨立,方便了參數的調整。豐富的參數可控制切割過程的各個方面,是決定切割質量的關鍵所在。氮氣切割和氧氣切割因加工方式上的差異,對下列切割參數有著不同的要求。

  氮氣純度和切割質量的關系:

  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

 ?。?)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。

 ?。?)功率 氮氣切割要求高功率保證持續的村質熔化。一律在左右。

 ?。?)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。

 ?。?)穿孔氣壓到切割氣壓的轉換時間 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,不需要提供這個轉換時間。

 ?。?)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、氮氣切割的應用

  氮氣切割在實際生產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域。下面介紹一下它在各種材料、領域中的應用。

         1)碳鋼

碳鋼是用氧氣切割的。由于碳輔助熔化和氧輔助燃燒,表面溫度很高。當切割角度銳利、直徑小于材料厚度的孔時,過多的熱量集中在狹窄的區域,無法保證切割質量。氮氣不助燃,具有冷卻效果,適用于解決此類加工問題,提高產品質量。

        2)不銹鋼

考慮到成本,氧氣可以用來切割不受刀口氧化影響的不銹鋼零件。但不銹鋼中合金元素Ni含量大,熔體粘度大,流動性差,氧切割氣壓低,易產生粘渣等質量缺陷。在焊接不銹鋼時,氧化層嚴重影響焊接質量,特別是氬弧焊。采用氮氣切割提供優質無氧化段,滿足了不銹鋼型材切割的高要求。

       3)鋁和黃銅

鋁和黃銅對激光具有高反射率和低吸收率,因此它們需要高功率熔化材料。此外,還應配備反射吸收裝置,使不均勻的線性波不反射回透鏡,以保護激光的安全,并要求進行氮氣切割。鋁的熔點低,3毫米厚以下可用氧氣切割,但質量差,斷面硬,毛刺硬。氮氣切割斷面光滑,在4mm以下可獲得無毛刺效果。由于鋁的高粘度和高導熱性,熔體在吹走之前可能已經冷卻,所以很容易出現毛刺。通過調整焦距、增加氣壓、降低轉速,可以降低表面粗糙度,保證毛刺容易去除。

      4)蝕刻

蝕刻是一種特殊的切割方式,其能量僅為基本功率的5%。它只作用于材料表面,主要用于刻蝕痕跡。當氧刻蝕溫度較高時,表面有時會有焊渣,集中刻蝕會因熱集中而損傷零件表面。氮蝕刻是明亮的,不會損壞表面。它可以用來蝕刻要求很高的指令。

綜上所述,氧氣切割由于厚度大、成本低,主要用于碳鋼。氮氣的冷卻保護功能提高了切割質量,在不銹鋼、鋁、黃銅的切割中取得了良好的效果,解決了許多加工難題。此外,激光切割機設備的加工領域也在不斷擴大。金屬激光切割機和非金屬光纖激光切割機都需要無氧化氣體切割方法。依靠激光能量熔化,氮氣被吹出狹縫,避免不適當的化學反應。熔點溫度相對較低。由于氮氣的冷卻和保護作用,反應穩定均勻,切割質量高,斷面平整光滑,表面粗糙度低,無氧化層。


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