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PSA制氧机在切割中的比较

编辑:杭州盛博净化设备有限公司时间:2019-12-04

一、制氮机生产的氮气切割的特点

        氮气切割的主要优点是切割质量高、加工范围广,但也存在成本高的缺点。通过与氧切割的比较,可以详细描述上述特性。

      1)切割质量

根据所用的辅助气体,激光切割可分为氧切割和氮切割两种方法。在氧气切割过程中,氧气参与燃烧,熔化温度接近沸点。此外,氧化反应和热影响区的增加使得切割质量相对较差,容易产生切割宽度、断面斜度、表面粗糙度和焊接渣等质量缺陷。在氮气切割中,材料被激光能量完全熔化,氮气被吹出切割缝,以避免不适当的化学反应。熔点温度相对较低。具有氮气冷却保护功能,反应稳定均匀,切削质量高。断面平整光滑,表面粗糙度低,无氧化层。

  2)切割成本

  高纯氮的价格是高纯氧的3倍。氧气切割气压要求(1~4)*105Pa,氮气则需要(10~140*105Pa。例如,切割2MM厚的不锈钢板,氧气需要压力4*105Pa、耗气量2.3m3/h,氮气则对应为14*105Pa、15.2m3/h。而且氮气切割时要求高功率,相应增加了能耗。氮气切割的综合成本是氧气切割的15倍以上。

  激光切割加工范围

  材料 辅助气体 切割厚度/mm

  碳钢 O216~20

  不锈钢 O26~10

  不锈钢 N2 8~12

  硬铝 N2 4~8

  软铝 N2 2~6

  黄铜 N2 3~4 3)加工范围

  氧气辅助燃烧增加热量,提高了切割厚度。优势在于低成本,主要应用于碳钢。氮气不辅助燃烧,熔化区域温度较低,适合加工铝、黄铜等低熔点材料。氮气保护切缝不被氧化,还可用于不锈钢的无氧化切割,加工范围见下面数据:

       二、氮气切割要素

  氮气切割因自身的特点,切割条件和氧气切割有着明显的差异。经过实际实践逐步掌握了氮气切割的要素。

  1)气体参数

  气压和喷嘴决定了切断面的表面粗糙度、毛刺。适当增加气压有利于排渣,但过大则会增加表面粗糙度值。氮气切割对于气体参数有如下要求:1、气压 氮气不参与燃烧,用于吹掉相对温度较低的液态材质,需要(10~14)*105Pa的高气压。而氧气切割的压力一般不超过4*105Pa。2、 喷嘴 氮气使用高压,要求较大的喷嘴直径以保证出气量。例如切割2mm厚的不锈钢,氧气使用喷嘴HK10(10mm),氮气则要求HK15(15mm)。3、纯度 氮气纯度对切割质量有很大影响,所含氧气影响切割质量。而水分则会对激光器造成危害,因此气体级别至少应保证在4.5级。

  2)切割参数

  切割参数、加工程序相互独立,方便了参数的调整。丰富的参数可控制切割过程的各个方面,是决定切割质量的关键所在。氮气切割和氧气切割因加工方式上的差异,对下列切割参数有着不同的要求。

  氮气纯度和切割质量的关系:

  气体级别 气体纯度(%) 氧气含量*10-6 水含量*10-6 切割断面面质量

  2.8≥99.8 ≤500 ≤20 无氧气,表面微黄

  3.5 ≥99.95 ≤100 ≤10 无氧化,没有光泽

  4.5 ≥99.995 ≤10 ≤5 无氧化,断面光亮

  5.0 ≥99.9999 ≤3 ≤5 安全无氧化,断面有光泽

  (1)速度 氮气切割仅仅依靠激光熔化材料,需要时间较长,切割速度较氧气切割慢。

  (2)功率 氮气切割要求高功率保证持续的村质熔化。一律在左右。

  (3)焦点位置 氮气切割完全依靠激光能量,焦点下移能够增强光束能量,要求焦点接近板材的底端。氧气切割则要求焦点在板材表面。

  (4)穿孔气压到切割气压的转换时间 氮气切割时穿孔气压为2*105Pa,和切割气压有很大差距。气压陡然上升容易导致激光断弧。提供几十毫秒的缓冲时间使气压平衡过渡,保证切割质量。氧气切割时穿孔气压和切割气压差距很小,不需要提供这个转换时间。

  (5)加速因子 切割改变方向时的加速度。氮气切割时因能量需求增加,所以一般低于1m/s2,而且随厚度的增加而急剧降低。氧气切割时为一般1m/s2左右,而且不随厚度剧烈变化,而是小幅下降。

  三、氮气切割的应用

  氮气切割在实际生产中解决了许多加工难题,并且将加工范围扩大到了铝、黄铜等氧气切割很难加工的领域。下面介绍一下它在各种材料、领域中的应用。

         1)碳钢

碳钢是用氧气切割的。由于碳辅助熔化和氧辅助燃烧,表面温度很高。当切割角度锐利、直径小于材料厚度的孔时,过多的热量集中在狭窄的区域,无法保证切割质量。氮气不助燃,具有冷却效果,适用于解决此类加工问题,提高产品质量。

        2)不锈钢

考虑到成本,氧气可以用来切割不受刀口氧化影响的不锈钢零件。但不锈钢中合金元素Ni含量大,熔体粘度大,流动性差,氧切割气压低,易产生粘渣等质量缺陷。在焊接不锈钢时,氧化层严重影响焊接质量,特别是氩弧焊。采用氮气切割提供优质无氧化段,满足了不锈钢型材切割的高要求。

       3)铝和黄铜

铝和黄铜对激光具有高反射率和低吸收率,因此它们需要高功率熔化材料。此外,还应配备反射吸收装置,使不均匀的线性波不反射回透镜,以保护激光的安全,并要求进行氮气切割。铝的熔点低,3毫米厚以下可用氧气切割,但质量差,断面硬,毛刺硬。氮气切割断面光滑,在4mm以下可获得无毛刺效果。由于铝的高粘度和高导热性,熔体在吹走之前可能已经冷却,所以很容易出现毛刺。通过调整焦距、增加气压、降低转速,可以降低表面粗糙度,保证毛刺容易去除。

      4)蚀刻

蚀刻是一种特殊的切割方式,其能量仅为基本功率的5%。它只作用于材料表面,主要用于刻蚀痕迹。当氧刻蚀温度较高时,表面有时会有焊渣,集中刻蚀会因热集中而损伤零件表面。氮蚀刻是明亮的,不会损坏表面。它可以用来蚀刻要求很高的指令。

综上所述,氧气切割由于厚度大、成本低,主要用于碳钢。氮气的冷却保护功能提高了切割质量,在不锈钢、铝、黄铜的切割中取得了良好的效果,解决了许多加工难题。此外,激光切割机设备的加工领域也在不断扩大。金属激光切割机和非金属光纤激光切割机都需要无氧化气体切割方法。依靠激光能量熔化,氮气被吹出狭缝,避免不适当的化学反应。熔点温度相对较低。由于氮气的冷却和保护作用,反应稳定均匀,切割质量高,断面平整光滑,表面粗糙度低,无氧化层。