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由于金属激光切割机的普及，金属加工制造商之间的竞争变得越来越激烈，导致金属激光切割机的利润率下降。
因此，在整个制造行业需要转型升级的背景下，如何降低金属激光切割成本成为当务之急。金属制造商应将投资重点放在更多的增值生产工艺上，例如工艺改进，效率提高和研发。
本文将探讨用于金属激光切割的辅助气体的选择，以降低金属加工成本。让我们深入研究细节。
为什么在金属激光切割中使用辅助气体?
在金属切削中使用辅助气体具有以下优点：
1. 吹走同轴切口中的炉渣;
2. 冷却加工金属的表面并减少热影响区;
3. 冷却聚焦透镜，防止灰尘进入透镜支架并污染透镜，并防止透镜过热;
4. 某些切割气体也可以保护贱金属。
辅助气体对金属激光切割的影响
首先，让我们看一下金属激光切割过程。
振动器产生的激光穿过透镜并聚集在一个点上，形成非常小的光斑。通过精确控制透镜和金属板之间的距离，确保光斑在材料厚度方向上稳定。这时，由于透镜的会聚作用，光斑会聚集具有高功率密度的激光能量，通常功率密度可以达到106-109W / cm2。金属吸收点能量并立即熔化。使用辅助气体可以将熔融的液态金属吹离加工过的板材，从而完成切割过程。
在整个切割过程中，辅助气体主要充当驱动力，以将金属流体从板材上清除掉。不同的气体对加工后的金属板和切割段有不同的影响。
O2，N2或空气?
辅助气体包括氧气，氮气，空气(在极少数情况下包括氩气)，这些气体的选择取决于所切割材料的类型，厚度和所需的边缘质量。
氧气的低压和高速使其成为切割低碳钢的理想选择，而氮气的惰性特性可在所有材料上提供干净，精确，无氧化的切割。但是，除了这些基本知识之外，金属制造商还必须权衡许多关键因素，以便为工作选择合适的辅助气体。进行切割之前，需要考虑间接的人工成本，所需的边缘质量，气体费用和激光功率。
O2作为辅助气体对金属激光切割的影响
当采用氧气作为辅助气体时，它不仅会吹散熔融的金属液体，而且还会发生氧化反应，从而促进金属的吸热熔化，从而实现较厚金属的熔化。这个过程大大提高了激光器的加工能力。
然而，由于氧气的存在，材料的切割表面明显被氧化。此外，它对切割表面周围的材料产生淬火作用，从而提高了金属的硬度，并对后续加工产生一定的影响。
氮气作为辅助气体对金属激光切割的影响
当使用氮气作为辅助气体时，它会在熔融金属液周围形成保护气氛，防止材料被氧化，从而确保切割表面的质量。
但是，N 2没有氧化作用来增强热传递，因此它不能像O 2一样帮助提高切削能力。
另外，氮消耗相对较大，与使用其他气体相比，这导致切割成本增加。
空气作为辅助气体对金属激光切割的影响
空气由78%的氮气和21%的氧气组成。
当使用空气作为辅助气体时，由于氧气的存在，切割部分的氧化是不可避免的。
然而，由于存在大量的氮，由氧引起的氧化反应不足以增强传热，并且切削能力没有提高。因此，空气切割效果介于氮气切割和氧气切割之间。
优点是空气切割的成本非常低。所有成本都是提供空气的空气压缩机的功率消耗以及空气管道中过滤器元件的消耗。
辅助气体对金属激光切割成本的影响
当使用氮气作为辅助气体时，横截面呈现出银色光泽。
当空气用作辅助气体时，横截面为浅黄色。
让我们以1.5毫米厚的304不锈钢为例，分别分析将空气和氮气用作辅助气体时的切割成本，如表1所示。
比较中使用的模型是配备有自行开发的光纤激光振荡器的最新一代光纤激光切割机。
表1削减成本比较
| 项目 | SUS304-1.5 | SUS304-1.5 |
| 加工速度（mm / min） | 35000 | 35000 |
| 辅助气体类型 | 空气 | N2 |
| 气压（MPa） | 0.80 | 0.80 |
| 辅助气流（NL / min） | 296.7 | 296.7 |
| 每米处理时间（sect） | 1.7 | 1.7 |
| 电费（元/小时） | 14.675 | 14.675 |
| 空压机电费（元/小时） | 12.25 | 5.25 |
| 辅助煤气费（元/小时） | 0 | 15.347 |
| 小计（元/小时） | 26.9.25 | 35.272 |
| 电费（元/ m） | 0.012 | 0.012 |
| 空压机电费（元/ m） | 0.006 | 0.002 |
| 辅助用气费（元/ m） | 0 | 0.015 |
| 合计（元/米） | 0.018 | 0.029 |
注意：
1. 在上述成本分析中，机床的运转率按70%计算，电荷按1元/ kW计算。N2成本根据液态N2成本计算：1.5元。
2. 在进行空气切割时，根据17.5kW，1.26MPa和2.3m 3 / min 的恒定螺杆空气压缩机来计算空气压缩机的功耗。
3. 使用N2切割时，仍然需要空气压缩机向机器供应空气，因此也会产生电力成本。
根据上述成本分析，以空气作为辅助气体进行切割时，与使用氮气相比，每小时的切割成本可降低23.7%。
计算如下：
成本降低=(N2-空气)/N2=≈23.7%
这种成本降低可以在降低工厂的整体处理成本方面做出很大贡献。此外，基于恒速螺杆压缩机来分析空气压缩机的功率消耗。
如果使用永磁变频螺杆空气压缩机，则压缩机的功耗可节省50%。与使用氮气相比，使用空气的切割成本可降低36.2%。
空气作为辅助气体的应用范围
1. 碳钢板/ Q235
进行空气切割时，如果金属厚度超过1.5毫米，则在切割部分可能会产生毛刺，但是在进纸测试期间，产生的毛刺的锋利程度不足以划伤纸张。此外，对于不同的激光功率和不同类型的振动器，空气切割的最大厚度会有所不同。
1. 不锈钢板/ SUS304
当用空气切割不锈钢板时，切割部分会产生黄色的氧化层。
1. 铝板/ A1050和铝合金板/ 5052
与氮气切割相比，切割毛刺将减少。
表2空气/氧气切割后板的最大厚度
| 材料种类 | 4kW CO2激光切割机 | 4kW光纤激光切割机 | |
| 碳钢板/ Q235 | 空气 | 3毫米 | 3毫米 |
| 氧气2 | 20毫米 | 22毫米 | |
| 不锈钢板/ SUS304 | 空气 | 3毫米 | 3毫米 |
| 氧气2 | 12毫米 | 18毫米 | |
| 铝板/ A1050 | 空气 | 6毫米 | 2毫米 |
| 氧气2 | 6毫米 | 8毫米 | |
| 铝合金/ 5052 | 空气 | 6毫米 | 2毫米 |
| 氧气2 | 10毫米 | 16毫米 | |
空气对碳钢，不锈钢，铝，铝合金的切削质量的影响
1. 碳钢板
当使用空气作为辅助气体时，工件的切割部分可能会出现小毛刺，但是这些毛刺并不锋利，因此可以应用于对毛刺具有较大公差的零件切割。
1. 不锈钢板
由于空气是辅助气体，因此金属在加工后会被氧化，并且氧化物会在焊接过程中在焊道中造成诸如熔渣和气孔之类的缺陷，这会影响焊接质量并导致强度降低。焊接部分。因此，如果将空气用作辅助气体以完成零件的切割，则必须抛光焊接部分的氧化物层以提高焊接质量。另外，如果是外部，则可能会产生一些影响，因为切割部分将被氧化，从而形成黄色氧化物层。
氧化物层也对焊接有影响，并且氧化物层必须在进行焊接操作之前被研磨。
氧化物层也对焊接有影响，并且氧化物层必须在进行焊接操作之前被研磨。
1. 铝板/ A1050和铝合金板
它可以减少使用空气作为辅助气体切割铝或铝合金的毛刺。如果使用氮气，切削毛刺会更大。
使用空气作为辅助气体时供气装置的要求
用空气切割时，气压需要为0.9 MPa。
考虑到制造商生产的空气压缩机的压力水平，应选择额定工作压力为1.26 MPa，流量为2.3 m3 / min的螺杆式空气压缩机。
还应特别注意压缩空气的质量，以确保空气的干燥度达到99%，且水分含量小于1/100。
因此，压缩空气管道中的滤芯应选择可靠的品牌产品，并特别注意及时更换滤芯;
选择干衣机时，市场上有两种类型的再生吸附干衣机和制冷干衣机。这两种干燥机分别具有各自的特性，但是如果考虑长时间使用，较少的维护和供气稳定性等，建议选择再生吸附式干燥机。
最后，在选择压缩空气管道和减压器的直径时，必须满足压缩机输出气体的流量和压力，以确保使用压缩空气时压力的稳定性。
另外，永磁变频螺杆空气压缩机现已在市场上出售。与目前的恒速螺杆空压机相比，可节省电费的50%，可进一步降低切割成本。
结论
在日益激烈的行业竞争环境中，通过提高产品的工艺难度或提高工业设计水平来增加产品的附加值可能是提高您的优势的手段之一。 这也是通过在现有工艺条件下节省加工成本来获得竞争优势的有效方法。
利用空气进行金属激光切割可以降低成本，为企业带来更多的利润，从而促进企业转型升级。
但是，用空气进行激光切割并非总是最佳选择，在进行切割之前，金属制造商必须权衡许多关键因素，以便为工作选择合适的辅助气体。间接劳动力成本，所需边缘质量，气体费用和激光功率都需要考虑在内。
明智地选择意味着要考虑从设置到成品的整个应用。考虑如何使用该零件，然后基于此选择辅助气体。
