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激光切割加工采用不同輔助氣體切割質量的區別

時間:2022-08-29瀏覽量:406

激光切割機可以用三種氣體進行切割,氮氣、氧氣、空氣,根據加工材料以及加工要求不同所使用的輔助氣體也不一樣,談談不同輔助氣體切割出來的質量有什么區別。

 

氮氣和氧氣條件下切縫寬度比較

在切割參數相同的情況下,輔助氣體為氧氣時的切縫寬度要大于氮氣時的切縫寬度。這是因為有氧切割時,材料與氧氣之間會發生氧化反應,氧化反應放出的熱量占切割能量的70%左右,材料吸收的能量更大,熔化量更大,切縫寬度更大。

 

氮氣和氧氣條件下表面粗糙度比較

通過表面粗糙度測量儀分別測量了氮氣和氧氣條件下切割工藝參數最 佳時切縫表面的粗糙度,輔助氣體為N2時切割參數為激光功率1000W、切割速度4.5m/min、噴嘴離工件表面距離0.5mm、氣體壓力12 kgN/cm2;輔助氣體為O2時切割參數為激光功率500W、切割速度3m/min、噴嘴離工件表面距離0.5mm、氣體壓力7 kgN/cm2。

 

輔助氣體采用N2時比采用O2時可獲得更小的切縫表面粗糙度。這是因為在有氧切割時,材料與氧氣之間發生氧化反應,材料中的合金元素和氧反應生成化合物,其組織結構與母材不同容易在切縫表面造成凹凸不平,由于氧化反應速度很快,當切割速度滯后于氧化反應速度時容易在切縫表面形成切割條紋,因此有氧切割時表面粗糙度較大。 

 

氮氣和氧氣條件下表面掛渣比較

通過比較有氧切割和無氧切割時切縫表面掛渣厚度可知,有氧切割時比無氧切割時掛渣厚度更小。這與其他文獻得出的結果相反,在一般有氧切割中,材料中的合金元素會與氧發生反應而生成化合物,這種化合物流動性差、粘附度較大,往往更容易在切縫表面形成掛渣。而本文實驗中產生反常的原因在于氧氣切割時輔助氣體的壓力足夠大,其他文獻中氧氣切割低碳鋼壓力僅為2~4kgN/cm2,本文實驗中氧氣壓力約為7 kgN/cm2,此時氧氣的除渣能力很強,切割過程中的熔融物很少能粘附在材料表面,表面掛渣很小,同時有氧切割時材料與氧氣發生反應生成其他化合物,熔融物成分與無氧切割時熔融物成分不同,這些原因導致本實驗中有氧切割時掛渣厚度反而更小一些。

 

氮氣和氧氣條件下切割條紋比較

通過體視顯微鏡和照相機拍出氮氣和氧氣條件下的切割條紋宏觀形貌輔助氣體為N2 時切縫側面宏觀形貌,工藝參數為激光功率1000W、切割速度2.5m/min、噴嘴離工件表面距離0.5mm、氣體壓力12 kgN/cm2;圖3-25為輔助氣體為O2時切縫側面宏觀形貌,工藝參數為激光功率500W、切割速度1.5m/min、噴嘴離工件表面距離0.5mm、氣體壓力7 kgN/cm2。

 

激光切割加工可看出,氮氣切割時,切縫表面看不見明顯的切割條紋,表面條紋不連貫,且表面凹凸不平,不夠光滑,切邊還有掛渣產生;氧氣切割時,可以看到明星的切割條紋,條紋間距較粗,深度較淺,切縫表面較平整。切縫表面的條紋與表面粗糙度有著緊密聯系,從前節中兩種輔助氣體下表面粗糙度的比較可知,條紋間距與表面粗糙度是有一定的正比關系的,在無氧切割時,切割表面粗糙度小,條紋細密,看不見明顯的切割條紋;有氧切割時,由于材料與氧氣發生氧化反應,且氧化反應速度遠遠大于切割速度,切割條紋較明顯,條紋間距較大。

 

結論:在氧氣和氮氣條件下激光切割低碳鋼的切縫質量對比可知,使用氮切割低碳鋼可獲得更好的切割質量,其切縫寬度小、表面粗糙度較小、切縫表面沒有明顯切割條紋;而使用氧氣切割低碳鋼時,切縫表面有明顯切割條紋,切縫寬度較大,但也能獲得無掛渣的切縫。雖然氮氣切割質量好,但其價格昂貴,其所需激光功率較大,切割成本高,在切割低碳鋼時可以考慮用氧氣代替氮氣切割。

 

 

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