自從(cong) 1960年第一束激光被人類通過發振的方式產(chan) 生之後，從(cong) 醫療領域開始激光不斷被應用於(yu) 各個(ge) 領域。

二十世紀七十年代起，激光技術逐步進入了工業(ye) 切割領域，直到今天激光切割設備在企業(ye) 中已經被普遍使用，不過也是由於(yu) 激光切割設備的普及，企業(ye) 之間產(chan) 品價(jia) 格競爭(zheng) 愈發激烈，這就造成了激光切割設備在企業(ye) 中盈利能力下降，在當前整個(ge) 加工製造業(ye) 需要轉型升級，企業(ye) 需要將資金重點投放在工藝改進、效率提高、增加研發投入等更具附加值的生產(chan) 環節的大背景下，如何降低激光切割設備的使用成本就顯得十分迫切。本文將著眼於(yu) 激光切割過程中使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 來降低切割成本的探討。

首先，我們(men) 來了解一下激光切割的過程：發振器產(chan) 生的激光通過透鏡後，被匯聚於(yu) 一點形成極小的光斑，通過精確控製透鏡與(yu) 板材的距離，保證激光光斑穩定在材料厚度方向上的某一位置，此時由於(yu) 透鏡的匯聚作用，光斑處聚集了功率密度非常大的激光能量，功率密度通常能達到10⁶～10⁹W/cm2，材料吸收光斑能量後瞬間熔化，通過使用輔助氣體(ti) 將熔化的液體(ti) 吹離材料完成切斷加工。

在整個(ge) 切割過程中，輔助氣體(ti) 的主要作用是形成驅動力，將熔化金屬液體(ti) 從(cong) 材料本身去除，這個(ge) 過程中不同種類的氣體(ti) 對於(yu) 材料和斷麵的影響是不同的：

在吹離熔化金屬液體(ti) 的同時，還會(hui) 發生氧化反應促進金屬吸熱熔化，從(cong) 而實現更厚材料的熔化，這一過程會(hui) 明顯提高激光的加工能力。但同時也是由於(yu) 氧氣的存在，會(hui) 使材料的切斷麵發生明顯氧化，而且對切斷麵周圍材料產(chan) 生淬火效應，提高了這部分材料的硬度，對後續加工造成一定影響。

會(hui) 在熔化金屬液體(ti) 周圍形成保護氛圍，防止材料被氧化，從(cong) 而保證切斷麵品質。但同時由於(yu) 氮氣沒有氧化能力無法增強熱量傳(chuan) 遞，就不會(hui) 像氧氣那樣幫助提高切割能力。另外由於(yu) 氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 時，氮氣消耗量很大，造成切割成本比使用其他氣體(ti) 時有所升高。

氮氣約占78%，氧氣約占21%，在使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，由於(yu) 氧氣的存在使得切割斷麵必然要發生氧化反應，但同時由於(yu) 大量氮氣的存在，氧氣帶來的氧化反應又不足以增強熱量傳(chuan) 遞，切割能力不會(hui) 提高，因此可以將空氣切割效果理解為(wei) 介乎於(yu) 氮氣切割和氧氣切割之間，而好處是空氣切割的成本非常低，所有成本就是空壓機為(wei) 提供空氣而造成的電力消耗，以及空氣管路中濾芯的消耗。

圖1所示為(wei) 1.5mm厚304不鏽鋼在使用氮氣和空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 時的切割斷麵效果，從(cong) 圖1中可以看出：使用氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 時，斷麵呈現銀亮光澤，而使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 時，斷麵呈現淡黃色。

下麵，以1.5mm厚304不鏽鋼為(wei) 例，分析空氣和氮氣分別作為(wei) 輔助氣體(ti) 時的切割成本，如表1所示。對比中使用的機型為(wei) AMADA公司最新一代光纖激光切割機，所搭載的是自主研發的光纖激光發振器。

通過以上成本分析可知，使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，每小時切割成本比使用氮氣時可降低23.7%，這樣的切割成本降幅對於(yu) 企業(ye) 整體(ti) 工廠加工成本的降低可以起到非常重要的作用。另外，本文分析空壓機的耗電時考慮的是，目前很多企業(ye) 正在使用的是無變速螺杆空壓機，如果使用永磁變頻螺杆空壓機，單空壓機省電量就可以達到50%，使用空氣的切割成本可以比使用氮氣降低36.2%。

空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 的使用範圍

01、碳鋼板/Q235板

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，板厚超過1.5mm後，切割斷麵會(hui) 產(chan) 生一定毛刺，不過所產(chan) 生的毛刺並不鋒利，劃紙測試時不會(hui) 將紙劃破。對於(yu) 不同功率、不同類型的發振器，空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 可以切割的最大厚度各有不同。

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，切割斷麵會(hui) 產(chan) 生黃色的氧化層。

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，切割毛刺相對於(yu) 氮氣會(hui) 有所減小。

二氧化碳激光切割機和光纖激光切割機使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 時的切割加工範圍如表2所示。

空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 對切割的影響

01、對於(yu) 碳鋼板

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，零件斷麵會(hui) 產(chan) 生較小的毛刺，但毛刺並不鋒利，可以應用在對毛刺要求不高的零件上。

由於(yu) 空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) ，材料在加工後切割麵會(hui) 被氧化，從(cong) 而導致切割斷麵在進行焊接時氧化物會(hui) 在焊道內(nei) 產(chan) 生夾渣和氣孔等缺陷，影響焊縫質量，進而導致焊接部位強度下降。因此，對使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 完成零件切割後再對其進行焊接時，需要對焊接部位斷麵的氧化層進行打磨，從(cong) 而改善焊接質量。另外，切割後斷麵會(hui) 發生氧化，產(chan) 生黃色的氧化層，如果該零件是外觀件則有影響。氧化層同樣也會(hui) 對焊接產(chan) 生影響，要先打磨氧化層才可以進行焊接操作。

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 可以減小切割毛刺，如果使用氮氣，切割毛刺反而要大些。

使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 切割時，空氣壓力需要0.9MPa，考慮到製造廠生產(chan) 的空壓機壓力等級，應該選擇額定工作壓力能達到1.26MPa、流量達到2.3m³/min的螺杆式空壓機。對於(yu) 壓縮空氣的質量也要特別注意，要保證空氣的幹燥度達到99%，含水率低於(yu) 1/100。因此，壓縮空氣管路中的過濾元件一定要使用質量可靠的品牌產(chan) 品，並特別注意及時更換濾芯；同時在選擇幹燥機時，由於(yu) 目前市麵上有再生吸附式幹燥器和冷凍式幹燥器兩(liang) 種類型，這兩(liang) 種幹燥機各有特點，但如果考慮長時間、少維護和供氣穩定性等方麵要求時，建議選擇再生吸附式幹燥機。最後，在選擇壓縮空氣管路直徑和減壓器時，一定要滿足壓縮機輸出氣體(ti) 的流量和壓力，這樣才能保證在使用壓縮空氣時壓力的穩定。另外，目前永磁變頻螺杆空壓機在市場上已有銷售，這種空壓機相比目前的無變速螺杆空壓機省電量可達50%，可以進一步降低切割成本。

在目前愈加激烈的行業(ye) 競爭(zheng) 環境下，通過提高產(chan) 品工藝難度、提升產(chan) 品工業(ye) 設計水平等方式提高產(chan) 品附加值，是獲得競爭(zheng) 優(you) 勢的手段之一，在現有工藝狀態下節省加工成本也是取得競爭(zheng) 優(you) 勢的有效方法，使用空氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 進行材料切割，可以降低切割成本，為(wei) 企業(ye) 帶來更多的利潤，從(cong) 而為(wei) 企業(ye) 轉型升級提供更多幫助。