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CO2激光束通過噴嘴照射在材料表面，材料吸收后在到熔化狀態(tài)，，輔助氣體將液態(tài)材質(zhì)吹走。熔化區(qū)域隨切割方向表逐步移動(dòng)產(chǎn)生連續(xù)的切縫，這就是激光切割。在激光復(fù)合機(jī)APELIO 357 Ⅱ上開始應(yīng)用氧氣切割。2001年引進(jìn)激光切割機(jī)BTL3000的同時(shí)也帶來新的加工工藝氮?dú)馇懈?。采用氮?dú)馇懈罘椒?，不但增?qiáng)了切割質(zhì)量，而且擴(kuò)大了加工范圍。

一、氮?dú)馇懈畹奶攸c(diǎn)

氮?dú)馇懈畹闹饕獌?yōu)勢在于切割質(zhì)量高，加工范圍廣，但也存在成本高的缺點(diǎn)。下面通過和氧氣切割的比較來詳細(xì)說明上述特點(diǎn)。

1.設(shè)備簡介

LBG氮?dú)庠O(shè)備由藍(lán)博凈化科技出品，出口氮?dú)饬髁?0Nm3/h～500Nm3/h，氮?dú)饧兌?9.9995%，氮?dú)鈮毫?4kg～22kg，系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)，空氣凈化系統(tǒng)，制氮裝置及增壓設(shè)備組成。

2.切割質(zhì)量

根據(jù)使用的輔助氣體，激光切割可分為氧氣、氮?dú)鈨煞N切割方式。在氧氣切割中氧氣參與燃燒，熔化位置溫度接近沸點(diǎn)。高溫導(dǎo)致反應(yīng)劇烈，無法保斷面光滑；另外加上氧化反應(yīng)、增大的熱影響區(qū)，使切割質(zhì)量相對(duì)較差，容易出現(xiàn)切縫寬、斷面斜紋、表面粗糙度差及焊渣等質(zhì)量缺陷。氮?dú)馇懈钪胁牧贤耆揽考す饽苋刍?，氮?dú)獯党銮锌p并避免不合適的化學(xué)反應(yīng)。熔點(diǎn)區(qū)域溫度相對(duì)較低，加上氮?dú)獾睦鋮s、保護(hù)作用，反應(yīng)平穩(wěn)、均勻，切割質(zhì)量高。斷面細(xì)膩光滑，表面粗糙度低，而且無氧化層。

3.切割成本

高純氮的價(jià)格是高純氧的3倍。氧氣切割氣壓要求（1～4）*105Pa，氮?dú)鈩t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?dú)鈩t對(duì)應(yīng)為14*105Pa、15.2m3/h。而且氮?dú)馇懈顣r(shí)要求高功率，相應(yīng)增加了能耗。氮?dú)馇懈畹木C合成本是氧氣切割的15倍以上。

4.加工范圍

氧氣輔助燃燒增加熱量，增加了切割厚度。優(yōu)勢在于成本少，主要應(yīng)用于碳鋼。氮?dú)獠惠o助燃燒，熔化區(qū)域溫度較低，適合加工鋁、黃銅等低熔點(diǎn)材料。氮?dú)獗Ｗo(hù)切縫不被氧化，還可用于不銹鋼的無氧化切割，加工范圍見表1。

表1 激光切割加工范圍

二、氮?dú)馇懈钜?/p>

氮?dú)馇懈钜蜃陨淼奶攸c(diǎn)，切割條件和氧氣切割有著明顯的差異。經(jīng)過兩年多的實(shí)際應(yīng)用，我們通過實(shí)踐逐步掌握了氮?dú)馇懈畹囊亍?/p>

1.氣體參數(shù)

氣壓和噴嘴決定了切斷面的表面粗糙度、毛刺。適當(dāng)增加氣壓有利于排渣，但過大則會(huì)增加表面粗糙度值。氮?dú)馇懈顚?duì)于氣體參數(shù)有如下要求：（1）氣壓 氮?dú)獠粎⑴c燃燒，用于吹掉相對(duì)溫度較低的液態(tài)材質(zhì)，需要（10～14）*105Pa的高氣壓。而氧氣切割的壓力一般不過4*105Pa。（2） 噴嘴 氮?dú)馐褂酶邏?，要求較大的噴嘴直徑以保出氣量。例如切割2mm厚的不銹鋼，氧氣使用噴嘴HK10（? 10mm），氮?dú)鈩t要求HK15（?15mm）。（3）純度氮?dú)饧兌葘?duì)切割質(zhì)量有很大影響（見表2），所含氧氣影響切割質(zhì)量。而水分則會(huì)對(duì)激光器造成危害，因此氣體級(jí)別至少應(yīng)在4.5級(jí)。

2.切割參數(shù)

切割參數(shù)、加工程序相互，方便了參數(shù)的調(diào)整。豐富的參數(shù)可控制切割過程的各個(gè)方面，是決定切割質(zhì)量的關(guān)鍵所在。氮?dú)馇懈詈脱鯕馇懈钜蚣庸し绞缴系牟町?，?duì)下列切割參數(shù)有著不同的要求。

表2 氮?dú)饧兌群颓懈钯|(zhì)量的關(guān)系

（1）速度 氮?dú)馇懈钪灰揽考す馊刍牧?，需要時(shí)間較長，切割速度較氧氣切割慢。

（2）功率 氮?dú)馇懈钜蟾吖β时３掷m(xù)的村質(zhì)熔化。一律在100左右。

（3）焦點(diǎn)位置 氮?dú)馇懈钔耆揽考す?，焦點(diǎn)下移能夠增強(qiáng)光束，要求焦點(diǎn)接近板材的底端。氧氣切割則要求焦點(diǎn)在板材表面。

（4）穿孔氣壓到切割氣壓的轉(zhuǎn)換時(shí)間 氮?dú)馇懈顣r(shí)穿孔氣壓為2x105Pa，和切割氣壓有很大差距。氣壓陡然上升容易導(dǎo)致激光斷弧。提供幾十毫秒的緩沖時(shí)間使氣壓平衡過渡，保切割質(zhì)量。氧氣切割時(shí)穿孔氣壓和切割氣壓差距很小，不需要提供這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間。

（5）加速因子 切割改變方向時(shí)的加速度。氮?dú)馇懈顣r(shí)因需求增加，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(shí)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?dú)馇懈畹膽?yīng)用

氮?dú)馇懈钤趯?shí)際生產(chǎn)中解決了許多加工難題，并且將加工范圍擴(kuò)大到了鋁、黃銅等氧氣切割很難加工的領(lǐng)域。下面介紹一下它在各種材料、領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1.碳鋼

碳鋼使用氧氣切割。表面溫度因?yàn)樘驾o助熔化、氧氣助燃而高。當(dāng)切割尖銳角、直徑小于料厚的孔時(shí)，狹小的區(qū)域內(nèi)集中了過多的熱量，使切割質(zhì)量無法保。氮?dú)獠惠o助燃燒，加之具有的冷卻作用，適合解決這類加工難題，能夠增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量。

2.不銹鋼

從成本考慮，切割邊氧化不影響使用的不銹鋼零件采用氧氣切割。但不銹鋼中合金元素Ni等的含量較大，熔化物粘度大，流動(dòng)性差，氧氣切割時(shí)較低的氣壓容易導(dǎo)致粘渣等質(zhì)量缺陷。焊接不銹鋼時(shí)氧化層嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，特是氬弧焊。氮?dú)馇懈钐峁┑臒o氧化斷面，滿足了不銹鋼焊接對(duì)切割斷面的高要求。

3.鋁、黃銅

鋁、黃銅對(duì)激光有著高反射率、低吸收率，要求高功率來熔化材料。而且要配備反射吸收裝置，使不平線性波不反射回透鏡，來保護(hù)激光器。要求氮?dú)馇懈睢?/p>

鋁的熔點(diǎn)較低，3mm厚以下的可用氧氣切割，但質(zhì)量很差，斷面而且毛刺堅(jiān)硬。使用氮?dú)馇懈顢嗝婀饣?mm厚以下能夠獲得沒有獲得毛刺的效果。鋁粘性大加上的熱傳導(dǎo)性，熔化物可能沒來得及吹走就已經(jīng)冷卻了，所以容易出現(xiàn)毛刺。通過調(diào)整焦點(diǎn)，升高氣壓，降低速度來降低表面粗糙度值，以保毛刺可輕易清除。

4.刻蝕

刻蝕是一種切割，只有基本功率的5%。它只對(duì)材料表面發(fā)生作用，主要用來刻蝕標(biāo)記。氧氣刻蝕溫度，有時(shí)表面出現(xiàn)焊渣。集中刻蝕還會(huì)因熱量集中而損傷零件表面。氮?dú)饪涛g光亮且不損傷表面，可用來刻蝕要求較高的說明文字。

四、結(jié)語

氧氣切割厚度大、成本低，主要應(yīng)用于碳鋼。氮?dú)獾睦鋮s、保護(hù)作用增加了切割質(zhì)量，并且在不銹鋼、鋁、黃銅的切割中取得良好效果，解決了許多加工難題。

另外，不輔助燃燒的特點(diǎn)還能用來加工木材、玻璃等材料，有著廣闊的應(yīng)用前景。