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CO2激光切割机的辅助气体的输送和储存选择

发布时间:2019/12/19 06:58

CO2激光切割机的辅助气体的输送和储存选择

发布于:2019年12月19日

发表人:江苏科茂自动化有限公司

关于:数控切割机,激光切割机


对于激光辅助气体切割所需的体积,最经济的气体供应方法是低温存储系统。可以使用各种系统,从通常称为液缸的便携式容器到永久性安装或大容量储罐。正确的存储系统取决于激光器的预期工作负荷。

为了了解激光材料加工所需的气体,激光操作员必须了解CO 2激光器的基本设计和操作。

CO 2激光器包含一种有源介质,该介质位于两组称为光谐振器的反射镜之间。电为介质充电并激发它,开始自发发光。随着该过程的继续,光被放大,因此被称为辐射的受激发射的光放大:激光。材料加工中使用的CO 2激光器需要激光气体,吹扫气体和辅助(加工)气体(请参见图1)。

激光气体

所有的CO 2激光器都使用氦,氮和二氧化碳的混合物来激发介质。所有CO 2激光器的作用原理均相同(请参见图2)。不同的设计使用不同的方法来激发和冷却谐振腔中的气体混合物。可以添加其他气体,例如一氧化碳和氢气,以补充通常使用的基本三气混合物。

激光发生器中使用的气体量很小。流速可以是每分钟1-2升或更低。这种低流量的需求本身不适合使用以低温形式供应的气体。

激光谐振器气体以高压钢瓶而不是低温钢瓶的形式提供。高压气体(2,000+ PSI)由于体积要求低(每分钟1至3升),并且需要气体的预定混合物(预混合气),因此最适合激光气体。所需的气体不能在低温容器中混合。

吹扫气体

除了产生光束的气体混合物之外,工业激光应用还需要以下三种气体:光束传输吹扫,多轴快速吹扫和辅助。

为了确保操作员安全,切勿在没有保护罩的情况下发射激光束。当激光束从一面镜子透射到另一面时,本身需要保护。如果不加以保护,则会发生热起霜(可能破坏光束并降低功率和聚焦能力的效果)。这种现象是由光束传输管中存在空气中的颗粒和蒸气引起的,但是可以通过使用无水分和无颗粒的干燥氮气吹扫管子来避免。

保持适当的保护要求在8至12 bar的压力下,氮气流速为每分钟50至85升。容量为45至60升的小型低温容器很好地达到了这一目的。

辅助气体

用于材料加工的激光执行许多不同的操作,包括切割,焊接,熔覆和标记。这些过程可能需要辅助或处理气体。所需的气体类型根据工艺和材料的不同而不同。

有色金属材料。与黑色金属切割相比,有色金属切割需要更高的气压,流量和纯度。

大多数激光器具有三个或更多个切割喷嘴。尽管使用了4到5毫米的喷嘴,但大多数激光器的喷嘴尺寸从0.7到3毫米或更大。每个喷嘴的压力和流量要求会有所不同,具体取决于所切割材料的类型和厚度。最大切削速度,边缘光洁度和辅助气体压力取决于特定的合金和辅助气体纯度。

黑色金属。切割低碳钢时,可以使用氧气辅助气体。氧气与被切割的基材产生化学反应,需要最小的压力和流量。另一方面,切割不锈钢需要高压氮气,这使得在切割过程中可以去除材料。

氮气压力和流量水平远高于氧气。要求压力高达20 bar,每小时流量高达42立方米。可以使用氧气开始切割,但是必须从切割边缘清除氧气,以防止氧化。

随着激光变得越来越强大,完成该过程所需的压力和流量也增加了。气压和流量必须符合最低规格,才能使激光器正常工作。所需的400 PSI压力和超过3,000 CFH的流量并不罕见。

供应选项

低温气体是激光系统最经济的供应方法,但必须克服一些障碍才能完全满足要求。

在过去的几年中,CO 2激光器的平均功率已增加到4至6 kW(见图3)。

对增加的压力和流量的需求可能超过低温递送方法的能力。低温容器将低温液体转化为气态。如果流量需求超过了容器的转化率,则无法维持足够的压力。

 

除了相当大的辅助气体流速外,现代CO 2激光器还需要超过低温容器提供的正常存储压力的压力。正常存储压力为15至25 bar;激光切割所需的压力可能高达30 bar。可以使用高压容器(27至40 bar),但通常成本更高。它们还具有有限的可用性,并且由于时间和生产损失而需要重新填充的成本很高。

可以将附加的低温流量添加到带有外部环境空气蒸发器的系统中,该系统是一系列相连的铝型材,可将低温液体输送到具有较大表面积的蒸发器中。这增加了系统将液体转化为蒸气的能力。

商店也可以使用外部机械泵来增加压力,但是这种类型的泵价格昂贵并且需要大量维护。

除高压机械泵外,气体还可以通过产生氧气和氮气的膜系统供应。这类系统的主要缺点是无法产生所需的纯度。大多数膜系统产生的气体纯度在98%至99%的范围内。建议的氧气纯度要求为99.95%或更高,氮气的纯度要求为99.996至99.999%。较低的纯度会导致切割速度变慢或切割区域的瑕疵。

可以在高压气瓶组或码垛的歧管(通常称为托架)中提供气体。可以从这样的供应系统中获得所需的压力和流量,但与低温系统中供应的气体相比,通常价格较高。

CO 2激光器市场发展迅速,随之而来的是对增加流量,压力和纯度的需求。已使用各种形式的气体来满足金属成型市场的需求。正确选择辅助切割气体对于节省成本的操作至关重要。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn

数控焊割设备制造商