制氮装置

激光切割专用氮气的特点 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点。下面通过和氧气切割的比较来详细说明上述特点。 设备简介 制氮机出口氮气流量10Nm3/h～1000Nm3/h，氮气纯度99.9999%，氮气压力14kg～22kg，系统由压缩空气系统，空气净化系统，制氮装置及增压设备组成。 切割质量 根据使用的辅助气体，激光切割可分为氧气、氮气两种切割方式。在氧气切割中氧气参与燃烧，熔化位置温度接近沸点。高温导致反应剧烈，无法保证断面光滑；另外加上氧化反应、增大的热影响区，使切割质量相对较差，容易出现切缝宽、断面斜纹、表面粗糙度差及焊渣等质量缺陷。氮气切割中材料完全依靠激光能量熔化，氮气吹出切缝并避免不合适的化学反应。熔点区域温度相对较低，加上氮气的冷却、保护作用，反应平稳、均匀，切割质量高。断面细腻光滑，表面粗糙度低，而且无氧化层。 3.切割成本 高纯氮的价格是高纯氧的3倍。氧气切割气压要求（1～4）*105Pa，氮气则需要（10～140*105Pa。例如，切割2MM厚的不锈钢板，氧气需要压力4*105Pa、耗气量2.3m3/h，氮气则对应为14*105Pa、15.2m3/h。而且氮气切割时要求高功率，相应增加了能耗。氮气切割的综合成本是氧气切割的15倍以上。 4.加工范围 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，熔化区域温度较低，适合加工铝、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氧化切割。 表二、氮气切割要素 氮气切割因自身的特点，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，我们通过实践逐步掌握了氮气切割的要素。 1.气体参数 气压和喷嘴决定了切断面的表面粗糙度、毛刺。适当增加气压有利于排渣，但过大则会增加表面粗糙度值。氮气切割对于气体参数有如下要求：（1）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（10～14）*105Pa的高气压。而氧气切割的压力一般不超过4*105Pa。（2） 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2mm厚的不锈钢，氧气使用喷嘴HK10（? 10mm），氮气则要求HK15（?15mm）。（3）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，因此气体级别至少应保证在4.5级。 2.切割参数 切割参数、加工程序相互独立，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，对下列切割参数有着不同的要求。 （1）速度 氮气切割仅仅依靠激光熔化材料，需要时间较长，切割速度较氧气切割慢。 （2）功率 氮气切割要求高功率保证持续的村质熔化。一律在100%左右。 （3）焦点位置 氮气切割完全依靠激光能量，焦点下移能够增强光束能量，要求焦点接近板材的底端。氧气切割则要求焦点在板材表面。 （4）穿孔气压到切割气压的转换时间 氮气切割时穿孔气压为2*105Pa，和切割气压有很大差距。气压陡然上升容易导致激光断弧。提供几十毫秒的缓冲时间使气压平衡过渡，保证切割质量。氧气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。 （5）加速因子 切割改变方向时的加速度。氮气切割时因能量需求增加，所以一般低于1m/s2，而且随厚度的增加而急剧降低。氧气切割时为一般1m/s2左右，而且不随厚度剧烈变化，而是小幅下降。 三、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。 1.碳钢 碳钢使用氧气切割。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，使切割质量无法保证。氮气不辅助燃烧，加之具有的冷却作用，适合解决这类加工难题，能够提高产品质量。 2.不锈钢 从成本考虑，切割边氧化不影响使用的不锈钢零件采用氧气切割。但不锈钢中合金元素Ni等的含量较大，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。焊接不锈钢时氧化层严重影响焊接质量，特别是氩弧焊。氮气切割提供的优质无氧化断面，满足了不锈钢焊接对切割断面的高要求。 CO2激光束通过喷嘴照射在材料表面，材料吸收能量后在到熔化状态，，辅助气体将液态材质吹走。熔化区域随切割方向表逐步移动产生连续的切缝，这就是激光切割。采用氮气切割方法，不但提高了切割质量，而且扩大了加工范围。