氮气在激光切割中的应用

径 。我 国纺机产品还 少见夺 目品牌 ， 更不要说在 国
际市场上的高知名度 ， 根本原 因就是 产品的核心技
１ 质量与技 术
名牌路 上 多坎坷
术含量相对较低 。这是业 内普遍认 同的问题 ， 不解 决这个问题 ， 中国纺机 高端 产品就难 以同国外 产品
抗衡 ， 名牌也就无从产生。 国内具有一定规模的国有纺机企业有上百家之
表 ２ 氮气 纯度和切 割质 量的关 系
３ ２ 切 割参 数 ．
４ １ 碳 钢 ．
Ｂ Ｌ ００的切割参 数 、 工程序 相互 独立 ， Ｔ ３０ 加 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
的加工工艺一氮气切割。氮气切割不但提高了切割 质量 ， 而且扩大了加工范 围。下面通过对氮气切割
的特 点及 加工要 素 的总 结 ， 明这 种 新 工 艺 在 实 际 说
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 ，
熔点 区域 温度较低 ， 合加工 铝、 适 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
高纯氮的价格是高纯氧的 ３ 倍。氧气切割时气
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ｉ计 ・ 造 ・ ＆ 制
１ ｉ） ５ｒ ｎ 。 ａ 纯度 氮气纯度对切割质量有很大影响 ， 见表
２ 。所含氧气影响切割质量 ， 而水分则会对激光器造 成危害 ， 气体级别至少应该保证 ４ ５ 。 ．级
氧 化切 割 。
表 １ 激光切 割／ －范 围 ｊｒ ｕ
应用 中的良好效果 。
２ 氮气切 割的特点
氮气切割的主要优势在于切割质量高 、 加工范 围广 ， 但也存在成本高的缺陷。下面通过 和氧气切
割 的 比较来 详 细说 明上 述特 点 。
２ １ 设备简介 ． Ｂ Ｌ ００激光切割机由瑞士百超公 司出品， Ｔ ３０ 基
冲时间能使气压平稳过渡 ， 保证 了切割质量。氧气
铝、 黄铜对激光有着高反射率 、 低吸收率 ， 要求
高功率来熔化 材料 。而且要配备反射 吸收装置 ， 使 水平线性波不反射 回透镜 ， 保护激光器 的安全， 并且
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。 加速 因子 切割改变方 向时 的加速度 ， 主要控
名牌是高质量产品、 高市场 占有率 、 高信誉和高 经济效益的综合载体 ， 是一个 企业 长期 经营管理 的 结晶， 是物质价值与精神价值的统一体 ， 是用户心理 和价值取 向的结 合体。中 国加入 ＷＴ Ｏ后 ， 国内众
多纺机企业开始注重实施名牌战略 ， 以期 以“ ” 名 争 市。然而 ， 不少企业虽然想方设法提高产品的知名 度， 但效果并不理想。究其原 因是多方面的， 缺乏核 心竞争力 ， 质量不稳定仍是 中国纺机创造名牌 的主 要障碍。
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设计 ・ 造 ・ 制
氮气在激 光切 割 中的应 用
陈连 军 马 德 国
（ 经纬纺机股 份公 司榆次分公 司冷作锻压厂）
１ 引 言
Ｃ２ ０ 激光束通过喷嘴照射在材料 表面， 材料吸
收能量后达到熔化状态 ， 辅助气体再将熔化 的液态
量的因素外 ， 国产同类产品质量和可靠性差 ， 从而削
弱了国产机的竞争力 。 质量是名牌 的基 础。没有过硬 的质量 ， 就不会
有名牌。创名牌必须以提高产品质量为前提。国产 纺机产品与国外品牌相 比， 用户最大的反应是可靠 性差 ， 转初期 故障率高。掌握核 心技术 ， 运 是创 出 品牌效应的根本 ， 也是赢得竞争制高点的最有效途
上 占绝对优势 ， 近几年来 ，中国纺机 的不 少整机 但
产品（ 主要是织造 、 染整 和针织 设备 ） 特别在具 有 ，
“ 三高” 高速 、 （ 高效 、 高技术含量 ） 点的机 电一体 特
化产品 ， 如四大重 中之重的 自动络筒机 、 无梭织机 ，
质量和技术成为 中国纺机名牌路上最大障碍。 提高企业创新能力 、 核心竞争力是我们唯一的出路 ， 但这绝非一蹴而就 的事情 。因此 ， 与其临渊羡鱼， 不
３ １ 气体参数 ．
根据使用的辅助气体 ， 激光切割分为氧气、 氮气 两种切割方式。氧气切割时氧气参与燃烧 ， 熔点位 置的温度接近沸点。高温导致反应剧烈 ， 无法保证 断面光滑 。加上氧化反应 、 增大的热影响区等因素 ， 切割质量相对较差 ， 容易 出现切缝宽 、 断面斜纹 、 光 洁度差 、 熔渣等质量缺 陷。而氮气切割时材料完全
５ 总结
氧气切割厚度大 ， 成本低 ， 主要应用于碳钢。氮 气的冷却 、 保护作用能够提高切割质量 ， 对于不锈钢
难题 ， 但也存在成本过高 的缺陷。它不辅助燃烧 的
特点还能加工木材 、 有机玻璃等特殊材料 ， 有着广 阔 的应用前景 。
中国纺机 名牌 之路 有 多长
刘 意
如退而结 网， 下大力气去提高质量 ， 这才会有利于中
国产机的 比例远远低于进 口机 ， 统计资料表明 ， ０ ２ ３ ０
年上半年无梭织 机进 口多达 １００多 台 ， ６０ 金额达 ５
亿多美元 ， 是纺机产品进 口额第一位 ， 其次是染整机
械、 针织机械等。而且进出 口高进高出 ， 在国产纺机
碳钢主要使用氧气切割 ， 表面温度因为碳辅 助 熔化 、 氧气助燃而非常高。当切割尖锐角、 直径小于 料厚的孔时 ， 狭小 的区域 内集 中了过多的热量 ， 切割 质量无法保证 。氮气不辅 助燃烧 ， 并具有 的冷却作
着 明显不 同的要求。 速度 氮气切割仅仅依靠激 光熔化材料 ， 需要
要求氮气切割。铝的熔点较 低 ， ｉ ３ｒ ｎ以下 可用氧 ａ 气切割 ， 但质量很差 ， 断面粗糙而且 毛刺坚硬 。氮气
切割断面平 滑 ， ｉ ４ｒ ｎ以下 能够 获得没有 毛刺 的效 ａ
制拐角的切割质量。氮气切割 能量需求增加 ， 一般 低于 １ ／ ， ｓ 而且随厚度 的增加而急剧降低 。氧气 ｍ ２
依靠激光能量熔 化， 氮气吹出切缝 的同时 因为氮气
气压和喷嘴决定 了断面的粗糙度。适当增加气 压有利于排渣 ， 但过大则会增加粗糙度 。氮气切割
对 于气体参数有如下要求 ：
不活泼的化学特性 、 避免 了不合适 的化学反应 。熔 点区域温度相对较低 ， 加上氮气 的冷却 、 保护作用 ，
（ 阳纺织机械 厂） 成
摘
要 面对加入 ＷＴ Ｏ后 的挑战， 面对残酷的 市场竞争 ， 在提 高企业竞争力的过程 ｑ，－ － ｑ 国纺机
呼唤名牌。质量与技 术是 国产纺机名牌路上最大的障碍 ， 名牌之路无捷径 ； 在创新培育名牌之路上 需要 耐力； 树立名牌服务意识是 一个重要的方面。 关键词 中国纺机 质量 技术 创新 培育
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 １ ～１ ａ 的高气压。而氧气 ０ ４ｂ ｒ
切割的压力一般不超过 ４ｂ 。 ａ ｒ
反应平稳 、 ， 均匀 切割质量高 ， 断面细腻光滑 、 光洁度
高， 特别是没有氧气切割时必然的氧化层。
２ ３ 切 割成本 ．
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 ２ｒ ｎ的不锈钢 ， ｌ ｒ ｉ 氧气使用 喷嘴 Ｈ １ （ Ｋ ０直径 １ ｌ ）氮气则要求 Ｈ １ （ ０ｉｉ 、 Ｉ ｎ Ｋ ５ 直径
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企业 管理 ・ 材料能够提供高质量的无氧化断面。加工范围还扩 大到铝 、 黄铜等氧气切割无法加工 的领 域。氮气切 割在实际应用中取得 良好 的效果 ， 解决 了许多加工
还会因热量聚集而损伤零件表面。氮气刻蚀光亮且 不损伤表面 ， 可用来刻蚀要求较高的说明文字 。
压为 １ ａ， ～４ｂｒ 氮气则需 １ ～１ ａ。例如切割 ２ ０ ４ｂｒ ｍ ｎ的不锈钢 ， ｌ 氧气需要压力 ４ｂ 、 ａ 耗气量 ２ ３ｍ ／ ｒ ． ３
ｈ 氮气则对应为 １ ａ、５２ｍ 。而且氮气切割 ， ４ｂｒ１ ． ／ ｈ
时要求的高功率 ， 相应增加 了能耗。根据以上数据 ， 氮气切割的综合成本是氧气切割的 １ 倍 以上。 ５
穿孔气压到切割气压的转换时间 氮气切割时
断面 ， 这就满足了不锈 钢焊 接零 件对 切割断面 的高
要求 。而且氮气切割时的高气压也容易克服上述质
量缺陷 。氮气切割适合加工有焊接要求或者高附加
值的不锈钢零件。
４３ 铝、 ． 黄铜
穿孔气压为 ２ｂｒ和切割时的高压有很大差距 。气 ａ， 压陡然上升容易导致激光断弧。提供几十毫秒的缓
切割一般在 １ｍ ｓ 左 右 ， ／ ２ 而且 只是 随厚 度小 幅下
果 。铝粘性大 ， 加上 良好的热传导性 ， 熔化物可能没 来得及吹走 已经冷却 了， 所以容易 出现 毛刺 。通过 调整焦点 、 升高气压 、 降低速度来提高光 洁度 ， 至少
要保证 毛刺可轻易清除 。
４ ４ 刻 蚀 ．
国纺机创造 自己的名牌 ， 这也是我们最现实 、 明智 最
的选 择 。
化。一律在 １０％左右。氧气切割时功率随料厚 的 ０
增加而增长， 一般切 割 ８ｒ ｎ以上 的碳钢时才要求 ｉ ａ
功率 １０％。 ０
锈钢时氧化层严 重影 响焊接质 量 ， 特别是 氩弧焊 。
氮气切割时氮气的保护作用能够产生优质 的无氧化
焦点位置 氮气切割完全依靠激光 能量 ， 点 焦 下移能够增强光束能量 ， 以要求 焦点接 近板 材的 所 底端 。氧气切割则要求焦点位置在板材表面。
中国纺机企业有 自身 的优势 ， 但面对 国外纺机
诸强的进入 ， 我们面临 的更多是挑战 。从 整个纺织
业的装备 总量（ 包括更新改造） 来看 ， 国产机在数量
多， 计划经济的条块分割导致纺机企业产品相互独 立， 缺乏竞争。 目 的现状是中低档产品重复建设 ， 前
高端产品“ 一枝独 秀” 不利 于纺 机业 的发展 。竞争 ， 的缺乏严重制约了质量和技术的提高 。
２ ４ ／ －范 围（ ． ｊｒ ｎ 见表 １ ）
材质吹走 ， 熔点区域 随着切割方向逐 步移动产生 了
连续的切缝 ， 这就是激光切割 。我公司 １９ 年在激 ９４
光复合 机 Ａ Ｅ Ｉ Ｐ ＬＯⅡ ３７上开 始应 用 氧 气切 割。 ５ ２０ 年引进激光切割机 Ｂ Ｌ ０ ０的同时也带来新 ０１ Ｔ ３０
降。
４ 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 。
刻蚀作为一种特殊切割 ， 能量 只有基本功率 的 ５％， 仅对材料表面发生作用。主要用来刻蚀标记 。 氧气刻蚀时温度高、 有时表面出现熔渣 ， 集中刻蚀时
时间较长 ， 速度较氧气切割慢。
用， 正适合解决这类加工难题 ， 能够提高产 品质量 。
４ ２ 不 锈钢 ．
从成本考虑， 切割断面氧化 不影 响使用 的不锈
功率
氮气切割要求高功率以保证材料持续熔
钢零件应该采用氧气切割 。但不锈钢含高合金元素
Ｎ 等的 比例较大 ， ｉ 熔化物粘度大 ， 流动性差 ， 氧气切 割时较低的气压容易导致粘渣等质量缺陷 。焊接不
本输 出功率 ３０ ００Ｗ。提供 丰富的切割参数来控制 切割的各个过程。它的高功率使得氮气切割成为可
能。 ２ ２ 切 特点 ， 切割条件和氧气切割 有着明显的差异。经过 两年多 的实际应用 ， 我们逐 步总结出以下氮气切割的要素。