激光切割工艺和辅助气体：为什么在激光切割时需要使用氮气

激光切割是一种在工业制造领域应用广泛的热处理工艺。激光切割机能够快速雕刻和切割金属板，即使加工特别复杂的形状时，也能实现优质的表面光洁度。

在这篇百科文章中，我们将探讨激光切割工艺、技术及其辅助气体，包括氮气、氧气和压缩空气，以帮助您了解其工作原理和优点。

什么是激光切割？

激光切割工艺示意图

激光切割是一种使用高功率激光来切割材料的生产工艺，激光由计算机数字控制 (CNC) 系统引导穿过光学器件进行切割。这种生产工艺广泛应用于汽车、航空航天、电子和医疗等各种行业，可以用来切割金属、塑料、陶瓷、木材、织物和纸张等多种材料。

激光切割利用聚焦激光束来熔化局部区域的材料，并在同轴喷气流的帮助下产生切割效果。激光束本身不受气体影响，它负责有效地燃烧、熔化或汽化材料，气体的作用则是吹走此过程中产生的各种碎屑，从而确保高质量的切边。

激光切割还可用于焊接和蚀刻。激光切割包括三种主要技术，分别为二氧化碳激光、钕 (Nd) 激光以及掺钕钇铝石榴石 (Nd:YAG) 激光。使用的激光类型会影响激光性能。激光切割的优点包括精度和准确度高，污染少以及更易于卡紧工件等。特别是光纤激光器凭借卓越的精确切割能力而闻名。光纤激光器的一个关键优势是能够在长距离内提供一致的激光束质量，因此，在加工各种类型和厚度的材料时都能实现均匀切割。这种一致性有助于提高切边质量，尽可能地减少对二次加工的需求。

激光切割机是如何工作的？

激光切割机的工作原理是引导高功率激光束穿过光学器件，投射到要切割的材料上。激光束通过透镜聚焦并投射到材料上，以使局部材料的温度快速升高并发生熔化或汽化。然后，利用同轴气流吹走熔融的材料，完成材料去除并形成切削效果。气流还有助于冷却材料，防止材料翘曲或扭曲。激光切割机由计算机数字控制 (CNC) 系统控制，以确保切割过程的精度和准度。

什么是激光切割中的辅助气体？

辅助气体在激光切割中用于提高切割工艺的质量和效率。辅助气体可帮助吹扫熔融材料，防止其在材料表面再次固化。此外，它还有助于冷却材料，防止材料扭曲或变形。氮气、氧气和压缩空气是激光切割中最常用的辅助气体。

氮分子示意图

1.在激光切割中使用氮气

氮气是激光切割中使用最广泛的辅助气体，这得益于它的反应惰性。它用于确保激光器发挥出高质量性能，尤其是需要高质量切割时。氮气可消除空气中的氧气，从而防止氧气与热金属发生反应，获得理想、光亮的切口，而不影响材料的颜色（取决于所用氮气的纯度）。氮气是惰性气体，它可以让激光在无氧环境中工作，防止切边氧化。氮气还在降低成本、加快切削速度、提高生产率、改善控制性能和实现高效加工方面发挥重要作用。可选“即插即用型”解决方案按需供氮。

2.在激光切割中使用氧气

对于其他方法难以加工的材料，激光切割会使用氧气作为辅助气体。氧气是一种高反应性气体，它能够使激光束的功率倍增而引起放热反应，从而切割较厚的材料。氧气会与被切割的材料发生反应，通过化学反应促进材料熔化和汽化。根据材料的不同，氧气还可用于提高切割速度和降低切割加工的成本。但是，氧气可能导致氧化，在切边形成碳化层，这会造成产品表面质量不佳，氧化的表面还会影响涂层或漆面的附着性。此外，氧气反应强烈，无法获得很薄的切片。

氧分子示意图

压缩机节省时间示意图，压缩机顶部放有一个小小的时钟

3.在激光切割中使用压缩空气

压缩空气也可以在激光切割中用作辅助气体，并且还可以提高激光切割的速度和经济效益。不过，由于空气中含有 21% 的氧气，使用压缩空气作为辅助气体进行激光切割时无法加工出切口整洁的零件（通常，这些零件需要先去除毛刺才能进入下一道工序，而这需要额外的人工）。这种切口质量对于后面还要进行喷漆或焊接的零件来说已经足够，因为切边的颜色无关紧要。