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氮?dú)庠诩す馇懈钪械膽?yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2010-09-02    點(diǎn)擊數(shù):2318

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

材料

輔助氣體

大切割厚度/mm

碳鋼

O2

16~20

不銹鋼

O2

6~10

不銹鋼

N2

8~12

硬鋁

N2

4~8

軟鋁

N2

2~6

黃銅

N2

3~4

 

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

氣體級(jí)別

氣體純度(%)

氧氣含量*10-6

水含量*10-6

切割斷面面質(zhì)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

無氧化,斷面有光澤

(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。


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