摘要；氧气； 氮气 ；氩气于压缩空气的特点与优点
1.激光切割加工原理 激光切割是利用经聚焦的高功率高密度的激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流去除熔融物质，从而实现割开工件，激光切割属于热切割方法之一。 激光切割加工常用的辅助气体有氧气（O2）、氮气（N2）和压缩空气（CompressedAir），有时还会用到氩气（Ar）。按照气体压力又可分为高压气体和低压气体。
2.辅助气体种类的选择 激光切割辅助气体的作用主要：助燃及散热、及时吹掉切割产生的熔渍、防止切割熔渍向上反弹进入喷嘴、保护聚焦透镜等。根据被切割材料的不同，结合激光切割机的功率，选择不同的激光切割工艺，辅助气体的选择也不尽相同。不同种类辅助气体的特点、用途和适用范围如下：
(1)氧气（O2）主要用于切割碳钢材料。氧气与铁元素的化学反应热促进金属吸热熔化，可以4大幅度提高切割效率，实现更厚材料的切割，明显提高激光切割机的加工能力。但同时由于氧气的存在，会在切口端面产生明显的氧化膜，而且会对切割面周围材料产生淬火效应，提高这部分材料的硬度，对后续加工造成一定的影响。氧气切割的材料切口端面发黑或者暗黄色。一般碳钢板采用氧气切割，低压打孔，低压切割。
(2)氮气（N2）采用氮气作为辅助气体切割时，氮气会在熔化的金属周围形成保护氛围，防止材料被氧化，避免氧化膜的形成，实现无氧化切割。但同时因为氮气不与金属产生化学反应，没有反应热的产生，切割能力不如氧气，而且氮气切割的氮气消耗量比氧气大数倍，切割成本要高于氧气切割。无氧化切割面具有可直接熔接、涂抹、耐腐蚀性强等特点，切口端面发白。一般采用氮气切割不锈钢、镀锌板、铝及铝合金板、黄铜等材料，用低压穿孔，用高压切割。氮气切割时，气体流量的改变对切割的影响很大，在保证切割气体压力的情况下，一定要保证气体流量的充足。
(3)压缩空气（CompressedAir）压缩空气可以用空气压缩机直接提供，相对于氧气和氮气要容易获得，价格非常便宜。虽然空气中只含有约20%的氧气，切割效率远不及氧气切割，但切割能力与氮气接近，空气切割效率略高于氮气切割。空气切割的切口端面发黄。在对材料切口表面色泽没有严格要求时，用压缩空气替代氮气切割是最经济实用的选择。 压缩空气激光切割与氮气激光切割的经济性比较 目前市场上的液氮大约为1400元/吨，激光切割用的液氮都需要采用杜瓦罐，一般是120kg一罐，1kg价格在3元以上。姑且按1400元/吨计算。 120x1.4=168元标准状态氮气的比重为1.25kg/m3，因此一罐杜瓦罐液氮的最大使用量约为：120/1.25=96Nm3折算成每Nm3的氮气成本为：168/96=1.75元/Nm3 如果采用PM15TK-16型空压机提供16bar的压缩空气，每分钟可以提供1.27m3，该型号空气压缩机的满负荷输入功率是13.4kW。 工业电费按1.0元/度计算，则每M3的空气成本为：13.4x1.0/(1.27x60)=0.176元/m3按照每分钟实际消耗0.5m3气体，激光切割机每天工作8小时计算，则采用空气切割相比氮气切割每天可以节省的成本为：(1.75-0.176)x8x60x0.5=378元如激光切割机一年工作300天，则一年可以节省的用气成本为：378x300=113,400元，由此可见，采用压缩空气替代氮气切割非常经济实用，一年下来节省下来的用气成本，足够买3台高品质的一体式空气压缩机了。
(4)氩气（Ar）氩气为惰性气体，在激光切割中能起到防止氧化和氮化的作用，在溶接中也可以使用。但是氩气价格比氮气更高，一般普通激光切割采用氩气极不划算。氩气切割主要用于钛及钛合金等。氩气切割的切口端面发白。 4.4.喷嘴对激光切割质量的影响 当喷嘴的中心与激光光束的中心不同轴时，从喷嘴喷出的高速气流就会对切割的熔融物进行偏吹，使得切割断面较容易出现一边有熔渣，而另一边没有的现象。这一现象在切割3mm厚度以上的板材时表现明显，严重时会造成不能切割。 喷嘴的尺寸要合适。切割厚的板材需要的激光功率大，激光聚焦投射到板材上的光斑直径也较大，这就要求通过光束的喷嘴直径也较大。但是如果喷嘴直径太大，一方面从喷嘴喷射出的气流速度会较慢，吹除熔融物的能力变弱，切割断面可能会形成毛刺；另一方面，由于喷嘴尺寸大而气流速度慢，则激光切割产生的熔渣和烟雾比较容易飞溅到喷嘴里面，损坏保护镜片，对于高功率激光机还可能反射激光光束烧毁激光头。 4.5.压缩空气品质对激光切割质量的影响 压缩空气的品质对激光切割质量有非常直接的影响。压缩空气中含有水雾和油，如果没有处理干净，高压喷射到激光切割头的保护镜面上，就会严重影响激光束的传输，使焦点分散，造成产品切不透，产生废品。如果是超大功率激光切割机，只要保护镜面或喷嘴表面粘上一点点极细微的油膜或水雾，也有可能造成高能激光发射烧坏激光头。由于超大功率激光切割机（12000W以上）的激光头价格都在2万以上，而大多数空气压缩机的提供者都不能对压缩空气中的油和水分进行很好的处理，多数的超大功率激光切割机的用户都不愿意冒险采用压缩空气作为辅助气体.
5.1.空气压缩机压力和排气量的选择 根据前面的论述可知，激光切割机配套空气压缩机能切割多厚的板材这样的问题，主要取决于激光功率，而与压缩空气压力关系不大。如果激光功率足够大，压缩空气压力低一点也能切割；如果激光功率不够大，压缩空气压力再高也切割不了。只要激光功率足够大，压缩空气压力越高，激光切割质量越好，切割效率越高。随着激光切割机功率从小功率向中功率再向大功率以至超大功率发展，配套激光切割机的空气压缩机的压力的要求也从最开始的8bar提高到两年前的13bar，再提高到现在的16bar，并且还在进一步往20-30bar发展。 对于采用压缩空气作为辅助气体的激光切割机来说，压缩空气经过干燥净化之后，分成三路，分别作为切割气体、气缸动力气源和光路正压除尘气体维持激光切割机的正常运行，切割气体所占的比重大约是压缩空气总消耗量的80-90%。对于不采用压缩空气而采用氮气或氧气作为辅助气体的激光切割机，其仍然需要一台流量很小的空气压缩机提供气缸动力气源，不过只需要的是6-7bar的常压气源。 采用压缩空气作为辅助气体的激光切割机，应该配套多大排气量的空气压缩机？ 压缩空气作为辅助气体是要通过与激光光束同轴的喷嘴高速喷出来辅助激光切割的，计算出喷嘴通过的压缩空气流量就可以确定需要配套多大排气量的空气压缩机了。
5.2.空气压缩机型式和系统的选择 前面讲到压缩空气的品质对激光切割质量有直接的影响，并且激光切割机一般都需要连续工作，空压机一般就安放在激光切割机附近。因此，空气压缩机一定要选配好的干燥机尽可能地去除压缩空气中的水分，一定要在干燥机之后配置精度足够高精密过滤器组以充分滤除油分和尘埃颗粒。经过后处理之后的压缩空气的压力露点达到2-5℃，残油量≦0.001ppM，颗粒物含量≦0.01μm，并且压缩空气干燥之后回温到接近常温，有效避免再次结露，这样的高品质压缩空气可以满足激光切割机长时间稳定运行，无需经常擦拭保护镜片。 活塞式空气压缩机比较容易获得高压力，但是活塞式空气压缩机噪音大，易损件多，并且排气含油都处理得不好，因此，在1.6MPa以下一般不推荐使用活塞式空气压缩机。 1.6MPa以下一般推荐选用螺杆式空气压缩机，选配合适的冷干机和精密过滤器。压缩机宜采用永磁变频电机，这样可以保持供气压力的稳定，保障最佳的切割效果。 目前需要1.6MPa以上压缩空气的激光切割机主要还是采用活塞式压缩机，但是因为活塞式压缩机可靠性质量的制约，发展相对较慢。随着大功率激光切割机的普及，对厚板的切割需求越来越多，开发额定排气压力≧2.0MPa的小流量高压螺杆空气压缩机很有必要。
6.需要注意的问题
（1）.过分考虑购机成本 购买激光切割用的空压机时，如果过分考虑购机成本，最终很可能买来一堆烂货。因为空压机供应商也要赚钱，如果他按保证高品质压缩空气的压缩机系统以市场最低的价格卖给你，那他就无利可图。为了生意和利润，那他只能以次充好，以小充大。举例说，为了竞争和利润，现在市场上标称处理流量1m3/min的冷干机，没有一台能够达到标称的2-8℃的压力露点温度，实际压力露点都在12-16摄氏度以上。如果激光切割用的空压机配上这样的冷干机，保护镜片一天就得擦拭多次，激光切割质量也无法保证。同样，油气分离芯和本身价值就不高的精密过滤器更不能图便宜。
（2）.贪大心理 在选择空压机时，用户一般会选择排气量比实际需求大一些的空压机，销售人员也愿意卖排气量大的空压机。但是，如果空压机排气量太大，比实际需求大很多，即使空压机有变频调节，也有可能造成空压机运行在最低频率时供气量还过剩，机器不得不进入停机休眠状态。而为了维持供气压力稳定，一旦用气继续，空压机又不得不启动运行。这样频繁的“启动-运行-休眠-启动-运行-休眠”，不仅会造成空压机的寿命缩短，更为严重的是容易造成油气分离器里面的润滑油起泡，导致排气含油量增加。 当“空压机配太大了”已经成为现实了，那就要通过修改控制器参数，设法让空压机减少自动启停次数，比如把通常的10s空载延时改为180s空载延时。
（3）.良好的操作习惯 如果操作时先启动空气压缩机，再启动冷干机，有可能排气在相当长的时间内达不到所需要的压力露点。这时候操作激光切割机，则有可能压缩空气中没有除尽的水份会在激光切割头的保护镜片上结雾。正确的操作习惯是先启动冷干机，待冷媒温度降到5摄氏度左右时，再启动空压机。
（4）.运行温度设置 一般普通用的7-8bar排气压力的空气压缩机，正常使用条件下的排气温度都以不超过90℃为好，厂家一般把排气温度设置在78-85℃。但是，如果是排气压力1.6MPa以上的空气压缩机，如果还是要求这么低的排气温度，如果用在激光切割机上，就是一场灾难。因为高压空压机在夏季运行而只有80℃左右的排气温度，排气是会非常容易析水，导致润滑油的乳化起泡，而造成排气含油量的剧增。其结果就是造成不能切割或切出废品，甚至损坏聚焦镜。排气温度的设置，最好是根据使用地点和季节不同进行设置。
（5）.注意日常维护保养 i.每天正式工作前，要放除储气罐中的冷凝水，并注意观察冷凝水的油迹情况。 ii.经常通过视镜观察空压机运行时从油气分离器到压缩机主机的回油管的回油状况，判断排气含油量高低，以及是否需要更换润滑油或油分芯。
a)高速气流裹挟少量润滑油通过视镜——正常；
b)视镜充满润滑油，并且运动缓慢——管路堵塞，需要清理；
c)高速气流裹挟大量润滑油通过视镜——油分效果变差，排气含油量高，需要立即采取行动解决。
d).在厂家规定时间内更换精密过滤器滤芯
e)在厂家规定的时间内更换空滤芯、油分芯、油过滤器和润滑油。
结论：激光切割机采用压缩空气作为辅助气体有着广泛的应用，可以代替氧气切割碳钢薄板，可以代替氮气切割不锈钢、镀锌板、铝合金、铜合金。正确地选择和使用空气压缩机不但可以保障激光切割质量，而且可以获得不错的切割效率和非常明显的加工成本节省。
本人长期从事激光切割配套压缩空气设备的应用于开发，行业成功应用接近2500台套，有什么疑问欢迎加我微信探讨，你们的要求就是我工作的方向。 13916427866（微信同号）赵工
1.激光切割加工原理 激光切割是利用经聚焦的高功率高密度的激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流去除熔融物质，从而实现割开工件，激光切割属于热切割方法之一。 激光切割加工常用的辅助气体有氧气（O2）、氮气（N2）和压缩空气（CompressedAir），有时还会用到氩气（Ar）。按照气体压力又可分为高压气体和低压气体。
2.辅助气体种类的选择 激光切割辅助气体的作用主要：助燃及散热、及时吹掉切割产生的熔渍、防止切割熔渍向上反弹进入喷嘴、保护聚焦透镜等。根据被切割材料的不同，结合激光切割机的功率，选择不同的激光切割工艺，辅助气体的选择也不尽相同。不同种类辅助气体的特点、用途和适用范围如下：
(1)氧气（O2）主要用于切割碳钢材料。氧气与铁元素的化学反应热促进金属吸热熔化，可以4大幅度提高切割效率，实现更厚材料的切割，明显提高激光切割机的加工能力。但同时由于氧气的存在，会在切口端面产生明显的氧化膜，而且会对切割面周围材料产生淬火效应，提高这部分材料的硬度，对后续加工造成一定的影响。氧气切割的材料切口端面发黑或者暗黄色。一般碳钢板采用氧气切割，低压打孔，低压切割。
(2)氮气（N2）采用氮气作为辅助气体切割时，氮气会在熔化的金属周围形成保护氛围，防止材料被氧化，避免氧化膜的形成，实现无氧化切割。但同时因为氮气不与金属产生化学反应，没有反应热的产生，切割能力不如氧气，而且氮气切割的氮气消耗量比氧气大数倍，切割成本要高于氧气切割。无氧化切割面具有可直接熔接、涂抹、耐腐蚀性强等特点，切口端面发白。一般采用氮气切割不锈钢、镀锌板、铝及铝合金板、黄铜等材料，用低压穿孔，用高压切割。氮气切割时，气体流量的改变对切割的影响很大，在保证切割气体压力的情况下，一定要保证气体流量的充足。
(3)压缩空气（CompressedAir）压缩空气可以用空气压缩机直接提供，相对于氧气和氮气要容易获得，价格非常便宜。虽然空气中只含有约20%的氧气，切割效率远不及氧气切割，但切割能力与氮气接近，空气切割效率略高于氮气切割。空气切割的切口端面发黄。在对材料切口表面色泽没有严格要求时，用压缩空气替代氮气切割是最经济实用的选择。 压缩空气激光切割与氮气激光切割的经济性比较 目前市场上的液氮大约为1400元/吨，激光切割用的液氮都需要采用杜瓦罐，一般是120kg一罐，1kg价格在3元以上。姑且按1400元/吨计算。 120x1.4=168元标准状态氮气的比重为1.25kg/m3，因此一罐杜瓦罐液氮的最大使用量约为：120/1.25=96Nm3折算成每Nm3的氮气成本为：168/96=1.75元/Nm3 如果采用PM15TK-16型空压机提供16bar的压缩空气，每分钟可以提供1.27m3，该型号空气压缩机的满负荷输入功率是13.4kW。 工业电费按1.0元/度计算，则每M3的空气成本为：13.4x1.0/(1.27x60)=0.176元/m3按照每分钟实际消耗0.5m3气体，激光切割机每天工作8小时计算，则采用空气切割相比氮气切割每天可以节省的成本为：(1.75-0.176)x8x60x0.5=378元如激光切割机一年工作300天，则一年可以节省的用气成本为：378x300=113,400元，由此可见，采用压缩空气替代氮气切割非常经济实用，一年下来节省下来的用气成本，足够买3台高品质的一体式空气压缩机了。
(4)氩气（Ar）氩气为惰性气体，在激光切割中能起到防止氧化和氮化的作用，在溶接中也可以使用。但是氩气价格比氮气更高，一般普通激光切割采用氩气极不划算。氩气切割主要用于钛及钛合金等。氩气切割的切口端面发白。 4.4.喷嘴对激光切割质量的影响 当喷嘴的中心与激光光束的中心不同轴时，从喷嘴喷出的高速气流就会对切割的熔融物进行偏吹，使得切割断面较容易出现一边有熔渣，而另一边没有的现象。这一现象在切割3mm厚度以上的板材时表现明显，严重时会造成不能切割。 喷嘴的尺寸要合适。切割厚的板材需要的激光功率大，激光聚焦投射到板材上的光斑直径也较大，这就要求通过光束的喷嘴直径也较大。但是如果喷嘴直径太大，一方面从喷嘴喷射出的气流速度会较慢，吹除熔融物的能力变弱，切割断面可能会形成毛刺；另一方面，由于喷嘴尺寸大而气流速度慢，则激光切割产生的熔渣和烟雾比较容易飞溅到喷嘴里面，损坏保护镜片，对于高功率激光机还可能反射激光光束烧毁激光头。 4.5.压缩空气品质对激光切割质量的影响 压缩空气的品质对激光切割质量有非常直接的影响。压缩空气中含有水雾和油，如果没有处理干净，高压喷射到激光切割头的保护镜面上，就会严重影响激光束的传输，使焦点分散，造成产品切不透，产生废品。如果是超大功率激光切割机，只要保护镜面或喷嘴表面粘上一点点极细微的油膜或水雾，也有可能造成高能激光发射烧坏激光头。由于超大功率激光切割机（12000W以上）的激光头价格都在2万以上，而大多数空气压缩机的提供者都不能对压缩空气中的油和水分进行很好的处理，多数的超大功率激光切割机的用户都不愿意冒险采用压缩空气作为辅助气体.
5.1.空气压缩机压力和排气量的选择 根据前面的论述可知，激光切割机配套空气压缩机能切割多厚的板材这样的问题，主要取决于激光功率，而与压缩空气压力关系不大。如果激光功率足够大，压缩空气压力低一点也能切割；如果激光功率不够大，压缩空气压力再高也切割不了。只要激光功率足够大，压缩空气压力越高，激光切割质量越好，切割效率越高。随着激光切割机功率从小功率向中功率再向大功率以至超大功率发展，配套激光切割机的空气压缩机的压力的要求也从最开始的8bar提高到两年前的13bar，再提高到现在的16bar，并且还在进一步往20-30bar发展。 对于采用压缩空气作为辅助气体的激光切割机来说，压缩空气经过干燥净化之后，分成三路，分别作为切割气体、气缸动力气源和光路正压除尘气体维持激光切割机的正常运行，切割气体所占的比重大约是压缩空气总消耗量的80-90%。对于不采用压缩空气而采用氮气或氧气作为辅助气体的激光切割机，其仍然需要一台流量很小的空气压缩机提供气缸动力气源，不过只需要的是6-7bar的常压气源。 采用压缩空气作为辅助气体的激光切割机，应该配套多大排气量的空气压缩机？ 压缩空气作为辅助气体是要通过与激光光束同轴的喷嘴高速喷出来辅助激光切割的，计算出喷嘴通过的压缩空气流量就可以确定需要配套多大排气量的空气压缩机了。
5.2.空气压缩机型式和系统的选择 前面讲到压缩空气的品质对激光切割质量有直接的影响，并且激光切割机一般都需要连续工作，空压机一般就安放在激光切割机附近。因此，空气压缩机一定要选配好的干燥机尽可能地去除压缩空气中的水分，一定要在干燥机之后配置精度足够高精密过滤器组以充分滤除油分和尘埃颗粒。经过后处理之后的压缩空气的压力露点达到2-5℃，残油量≦0.001ppM，颗粒物含量≦0.01μm，并且压缩空气干燥之后回温到接近常温，有效避免再次结露，这样的高品质压缩空气可以满足激光切割机长时间稳定运行，无需经常擦拭保护镜片。 活塞式空气压缩机比较容易获得高压力，但是活塞式空气压缩机噪音大，易损件多，并且排气含油都处理得不好，因此，在1.6MPa以下一般不推荐使用活塞式空气压缩机。 1.6MPa以下一般推荐选用螺杆式空气压缩机，选配合适的冷干机和精密过滤器。压缩机宜采用永磁变频电机，这样可以保持供气压力的稳定，保障最佳的切割效果。 目前需要1.6MPa以上压缩空气的激光切割机主要还是采用活塞式压缩机，但是因为活塞式压缩机可靠性质量的制约，发展相对较慢。随着大功率激光切割机的普及，对厚板的切割需求越来越多，开发额定排气压力≧2.0MPa的小流量高压螺杆空气压缩机很有必要。
6.需要注意的问题
（1）.过分考虑购机成本 购买激光切割用的空压机时，如果过分考虑购机成本，最终很可能买来一堆烂货。因为空压机供应商也要赚钱，如果他按保证高品质压缩空气的压缩机系统以市场最低的价格卖给你，那他就无利可图。为了生意和利润，那他只能以次充好，以小充大。举例说，为了竞争和利润，现在市场上标称处理流量1m3/min的冷干机，没有一台能够达到标称的2-8℃的压力露点温度，实际压力露点都在12-16摄氏度以上。如果激光切割用的空压机配上这样的冷干机，保护镜片一天就得擦拭多次，激光切割质量也无法保证。同样，油气分离芯和本身价值就不高的精密过滤器更不能图便宜。
（2）.贪大心理 在选择空压机时，用户一般会选择排气量比实际需求大一些的空压机，销售人员也愿意卖排气量大的空压机。但是，如果空压机排气量太大，比实际需求大很多，即使空压机有变频调节，也有可能造成空压机运行在最低频率时供气量还过剩，机器不得不进入停机休眠状态。而为了维持供气压力稳定，一旦用气继续，空压机又不得不启动运行。这样频繁的“启动-运行-休眠-启动-运行-休眠”，不仅会造成空压机的寿命缩短，更为严重的是容易造成油气分离器里面的润滑油起泡，导致排气含油量增加。 当“空压机配太大了”已经成为现实了，那就要通过修改控制器参数，设法让空压机减少自动启停次数，比如把通常的10s空载延时改为180s空载延时。
（3）.良好的操作习惯 如果操作时先启动空气压缩机，再启动冷干机，有可能排气在相当长的时间内达不到所需要的压力露点。这时候操作激光切割机，则有可能压缩空气中没有除尽的水份会在激光切割头的保护镜片上结雾。正确的操作习惯是先启动冷干机，待冷媒温度降到5摄氏度左右时，再启动空压机。
（4）.运行温度设置 一般普通用的7-8bar排气压力的空气压缩机，正常使用条件下的排气温度都以不超过90℃为好，厂家一般把排气温度设置在78-85℃。但是，如果是排气压力1.6MPa以上的空气压缩机，如果还是要求这么低的排气温度，如果用在激光切割机上，就是一场灾难。因为高压空压机在夏季运行而只有80℃左右的排气温度，排气是会非常容易析水，导致润滑油的乳化起泡，而造成排气含油量的剧增。其结果就是造成不能切割或切出废品，甚至损坏聚焦镜。排气温度的设置，最好是根据使用地点和季节不同进行设置。
（5）.注意日常维护保养 i.每天正式工作前，要放除储气罐中的冷凝水，并注意观察冷凝水的油迹情况。 ii.经常通过视镜观察空压机运行时从油气分离器到压缩机主机的回油管的回油状况，判断排气含油量高低，以及是否需要更换润滑油或油分芯。
a)高速气流裹挟少量润滑油通过视镜——正常；
b)视镜充满润滑油，并且运动缓慢——管路堵塞，需要清理；
c)高速气流裹挟大量润滑油通过视镜——油分效果变差，排气含油量高，需要立即采取行动解决。
d).在厂家规定时间内更换精密过滤器滤芯
e)在厂家规定的时间内更换空滤芯、油分芯、油过滤器和润滑油。
结论：激光切割机采用压缩空气作为辅助气体有着广泛的应用，可以代替氧气切割碳钢薄板，可以代替氮气切割不锈钢、镀锌板、铝合金、铜合金。正确地选择和使用空气压缩机不但可以保障激光切割质量，而且可以获得不错的切割效率和非常明显的加工成本节省。
本人长期从事激光切割配套压缩空气设备的应用于开发，行业成功应用接近2500台套，有什么疑问欢迎加我微信探讨，你们的要求就是我工作的方向。 13916427866（微信同号）赵工
