位於(yu) 美國Ohio州Lima市的Allen County Fabrica-tion公司是一家從(cong) 事加工製造行業(ye) 的廠商，它采用了TRUMPF公司 L3050 5kW CO2 激光器來進行各種材料的加工。特別的是，該公司需要對厚度達1英寸的碳素鋼進行加工，而需要加工的不鏽鋼厚度達3/4英寸，鋁板的厚度達1/2英寸。

        就供氣裝置的事宜，該公司的激光技術人員Jeff Thompson專(zhuan) 門谘詢了CONCOA公司的區域負責人Bob Montgomery。Allen County Fabrication公司希望建立一套供氣設備為(wei) 激光器輸送氣體(ti) 。激光氣體(ti) 將被儲(chu) 存在高壓氣缸中。通常的作法是讓輔助氣體(ti) 從(cong) 壓強為(wei) 500 PSI （磅/平方英寸）的液壓缸中送出。
        
        但是隨著業(ye) 務的發展，更理想的做法是將氣體(ti) 儲(chu) 存在大容量氣缸中，這樣就無需更換氣體(ti) 調節裝置以及多管裝置。此外，當切割厚度介於(yu) 3/8至1/2英寸或者更厚的不鏽鋼或鋁板時，使用2.3 mm的噴嘴經常會(hui) 出現氣體(ti) 停止輸送的情況。因此，Allen County Fabrication公司希望新設備能夠避免這類係統關(guan) 閉的問題。在這些應用中，輔助氣體(ti) 氮氣具有高流動性，這使得該公司在生產(chan) 線上出現壓強下降的情形，這會(hui) 觸發激光器的保護電路，導致激光器被關(guan) 閉。該公司切割這些材料時，平均每天會(hui) 關(guan) 閉三次，所需的修複時間每次約為(wei) 15分鍾。

        激光氣體(ti) 或者共振腔氣體(ti) 很容易輸送。CO2、氮氣和氦氣是通過壓強為(wei) 2200 PSIG (磅/平方英寸，表壓) 的高壓氣缸來供氣的。這種供氣方式既合算又方便，因為(wei) 共振腔氣體(ti) 的消耗率很低。對於(yu) 每種氣體(ti) 來說，流入激光腔時的壓強是80 PSIG，流速範圍在0.005到0.70 scfh（標準立方英尺/小時）之間。

        TRUMPF公司對激光氣體(ti) 純度的要求是：氦氣—4.6級/99.996%純度；CO2—4.5級/99.995%純度；氮氣—5級/99.999%純度。

        實際上，通過對氣體(ti) 的純度級別進行詳細的規定，人們(men) 發現主要有三種汙染需要被降低：碳氫化合物，濕度和顆粒物質。碳氫化合物含量必須限製在百萬(wan) 分之一以內(nei) ，濕度必須小於(yu) 百萬(wan) 分之五，而粒子必須小於(yu) 10微米。這幾類汙染的存在會(hui) 導致光束功率的嚴(yan) 重損耗。而且它們(men) 還可能在共振腔的鏡子上留下沉積物或者腐蝕點，這就降低了鏡子的有效性，縮短了它們(men) 的使用壽命。

        對於(yu) 激光氣體(ti) 來說，Allen County Fabrication公司為(wei) 每種氣體(ti) 建立了一套切換係統，以一個(ge) 液壓缸作為(wei) 主要供氣源，另一個(ge) 液壓缸作為(wei) 備用供氣源。一旦作為(wei) 主要供氣源的液壓缸空了，作為(wei) 備用供氣源的液壓缸就被切換過來進行供氣，這樣就避免了當主要供氣源的氣體(ti) 用完時激光器被自動關(guan) 閉的情況。終端控製麵板有三路控製器，能夠對激光器入口處的入口壓強進行微調。對於(yu) 調節裝置來說，氦氣的泄漏率約為(wei) 1X 10-8 scc/s (標準立方厘米/秒，換算後，氦氣的泄漏率約為(wei) 1立方厘米/3.3年)。不鏽鋼管和管道壓縮裝置被用來維持氣體(ti) 的高純度。轉換裝置還集成了一個(ge) T形過濾器，該淨化器能夠清除任何進入管道內(nei) 的汙染物，這些汙染物可能來自初始架構階段，或者更換液壓缸的時候，或者任何可能出現在管道中的泄漏。在氣體(ti) 進入激光器的時候，一個(ge) 精度為(wei) 2微米的過濾器和一個(ge) 大流量安全閥提供最後的保護，以避免粒子汙染或者過壓情況的出現。

        Allen County Fabrication公司對於(yu) 輔助氣體(ti) 的要求更為(wei) 嚴(yan) 格。該公司使用氧氣作為(wei) 切割碳素鋼時的輔助氣體(ti) 。氧氣的噴嘴大小在1.0 mm到2.3 mm之間，噴嘴壓強最大可以達到50 PSIG，流速達到250 scfh。因為(wei) 在激光器和管道中，壓強降幅可達100 PSIG，所以調節器處壓強很可能設置得很高，以確保噴嘴處有足夠的壓強。TRUMPF公司建議，氧氣純度至少要達到99.95%或3.5級，不過，如果氣體(ti) 純度更高的話，所得到的切割速度會(hui) 更高。

        氮氣可以被用於(yu) 碳素鋼、不鏽鋼、鋁材料的輔助切割。使用氮氣時所得的碳素鋼切割速度比使用氧氣所得的速度來得低。但是，使用氮氣會(hui) 避免氧化物在切割表麵的沉積。使用氮氣時，噴嘴的大小範圍在1.0 mm到2.3 mm之間，噴嘴處壓強最大可達到265 PSIG，流速可達到1800 scfh。TRUMPF公司建議，氮氣純度至少要達到99.996%或4.6級。同樣的，如果氣體(ti) 純度更高的話，所得到的切割速度會(hui) 更高，切口也更整潔。所有與(yu) 輔助氣體(ti) 相關(guan) 的設備也必須經過專(zhuan) 門設計，以維持氣體(ti) 的高純度。

        輔助氣體(ti) 的流速更高就使得液壓缸或者杜瓦瓶與(yu) 高壓氣缸相比成為(wei) 更合算的供氣源。因為(wei) 所存儲(chu) 的是低溫條件下的液態物質，蒸發的氣體(ti) 存儲(chu) 在頂部空間。常見的液壓缸有不同型號的安全閥，其送氣氣壓分別為(wei) 230、350或500 PSI。通常，壓強為(wei) 500 PSI的液壓缸（又叫做激光器液壓缸）是唯一合適的型號，因為(wei) 激光輔助氣體(ti) 需要很高的壓強。從(cong) 液壓缸中抽取物質時可以是氣態或者液態形式。然而，必須是氣態的物質才可以通過激光器和激光調節裝置，如果使用的是液化氣，那麽(me) 液化氣必須先經外置氣化器氣化過後才能被使用。

        需要指出的是，從(cong) 液壓缸內(nei) 抽出氣體(ti) 的過程可以是相當複雜的。從(cong) 單個(ge) 杜瓦缸中抽取氣體(ti) 的最大速率約為(wei) 350立方英尺/小時，在連續使用的情況下，因為(wei) 液壓缸的容量開始下降，抽取率也會(hui) 不斷下降。在不同液壓缸中應用多管裝置並不總是起到正麵作用。因為(wei) 由不同液壓缸的頂部壓強所得到的速率會(hui) 不相等，而壓強大的液壓缸中的氣流可能會(hui) 擋住從(cong) 壓強小的液壓缸中得到的氣流。使用多管裝置時，每增加一個(ge) 液壓缸，僅(jin) 增加了原杜瓦瓶流量的20%（即 70立方英尺/小時）。為(wei) 了提高液壓缸多管裝置的氣流量，還必須安裝一個(ge) 多管閥。多管閥可以使得各個(ge) 液壓缸頂部的氣壓更為(wei) 平均，從(cong) 而使得對不同液壓缸中氣體(ti) 的抽取過程也更平均。使用多管閥時，每增加一個(ge) 液壓缸，大約能夠增加原杜瓦瓶流量的80%（即280立方英尺/小時）。

        對於(yu) 氧氣和氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) 的情況，Allen County Fabrication公司更傾(qing) 向於(yu) 選擇液壓缸來進行供氣。將來，公司希望氮氣的供氣方式變成固態罐。因為(wei) 對氧氣的要求不是很高，最高僅(jin) 為(wei) 50 PSI和250 scfh，這可以通過兩(liang) 個(ge) 液壓缸利用多管連接到一個(ge) 圓頂加壓、平衡杆式調節器。平衡杆式的設計使得每小時的流量可以高達10000立方英尺/小時，而且壓強下降幅度很小，約在30-40 PSI之間。傳(chuan) 統的反向閥座調節器並不適合這裏的應用，因為(wei) 它們(men) 的氣流曲線有嚴(yan) 重的下降。隨著對調節器流速要求的上升，它們(men) 所得到的出口處壓強下降得更嚴(yan) 重。這樣，當激光器內(nei) 最小的壓強無法維持時，保護電路被觸發，激光器就被自動關(guan) 閉。

        調節器的圓頂加壓特性讓一小部分氣體(ti) 從(cong) 主級調節器中排出，送至次級調節器，次級調節器再將氣體(ti) 送回該主級調節器的圓頂處。使用這些氣體(ti) ，而不是用彈簧，來壓住橫膈膜打開閥座，讓下遊的氣體(ti) 通過。這樣的設計使得出口處壓強可以在0-100 PSI之間或在0-2000 PSI之間變化，而且，盡管入口處的壓強存在波動，出口處的流速和壓強也能保持不變。#p#分頁標題#e#

        以液壓缸供應氣體(ti) 的方式來提供氮氣並不是很實用。因為(wei) 所需的最大流速為(wei) 1800 scfh，壓強則為(wei) 256 PSIG，這將需要八個(ge) 液壓缸一同進行多管式供氣，並且必須使用多管閥來實現這項任務。然而，如果將液體(ti) 從(cong) 兩(liang) 個(ge) 液體(ti) 罐中抽取出來，然後送入流速為(wei) 5000 scf的帶散熱片型氣化器。從(cong) 氣化器流出的氮氣被送入類似於(yu) 氧氣供氣設備中的圓頂加壓、平衡杆式調節器。

        為(wei) 了加快從(cong) 液體(ti) 罐中抽取氣體(ti) 的過程，並且維持兩(liang) 個(ge) 液壓缸頂部壓強，該公司又使用了一個(ge) 杜瓦瓶作為(wei) 推動器。從(cong) 該液壓缸中抽取出來的氮氣被調節器送入兩(liang) 個(ge) 原有的液壓缸中，流速為(wei) 450 PSIG。
        氧氣和氮氣供氣裝置在激光器的入口處都包括了一個(ge) 精度為(wei) 40微米的T形過濾器和一個(ge) 大流量安全閥。與(yu) 共振腔氣體(ti) 類似，這些裝置起到最後的保護作用，防止粒子汙染和過壓情況的產(chan) 生。

        對Allen County Fabrication公司來說，新裝置的啟用不僅(jin) 提高了效率，還節約了成本。從(cong) 他們(men) 開始使用新型供氣係統到目前為(wei) 止的三個(ge) 月中，激光從(cong) 來沒有發生過自動關(guan) 閉的情況，而且使用了液壓缸後，公司所得到的收益增加了20%到25%。除了在氣體(ti) 方麵的資金節約外，該公司也減少了更換液體(ti) 罐的次數，每更換一次大約需要30分鍾。節約的成本每月約為(wei) 700到1000美元。