空壓機(jī)在激光切割領(lǐng)域的應(yīng)用分析

激光切割機(jī)是將從激光器發(fā)射出的激光，經(jīng)光路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件達(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫，從而達(dá)到切割的目的。

激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀，具有精度高，切割速度快，不受切割圖案限制，自動排版節(jié)省材料，切口平滑，加工成本低等特點(diǎn)，逐漸改進(jìn)或取代了傳統(tǒng)的金屬切割工藝設(shè)備。

一、激光切割機(jī)工作原理

激光切割機(jī)在工作時(shí)需要帶有壓力的氣源作為動力，常用的輔助氣體有氧氣、氮?dú)夂蛪嚎s空氣，有時(shí)還會用到氬氣。按照氣體壓力又可分為高壓氣體和低壓氣體。

隨著切削板材的厚度和效率的需求，壓縮空氣的壓力也由之前的1.25MPa～1.3MPa 向更高的壓力發(fā)展，甚至達(dá)到2.0MPa～3.0MPa，目前市場上主要使用1.6MPa的壓縮氣體。

二、壓縮空氣含油的影響

目前氣源主要集中在氮?dú)狻⒀鯕夂蛪嚎s空氣，除非是加工一些貴金屬或?qū)庸ひ蟊容^高才會使用氮?dú)饣蜓鯕?，更多的則是壓縮空氣。

壓縮空氣可以用空氣壓縮機(jī)直接提供，相對于氧氣和氮?dú)庖菀撰@得，價(jià)格非常便宜。雖然空氣中只含有約20%的氧氣，切割效率遠(yuǎn)不及氧氣切割，但切割能力與氮?dú)饨咏諝馇懈钚事愿哂诘獨(dú)馇懈?。用壓縮空氣替代氮?dú)馇懈钍墙?jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。

壓縮空氣的品質(zhì)對激光切割質(zhì)量有非常直接的影響。壓縮空氣中含有水霧和油，如果沒有處理干凈，高壓噴射到激光切割頭的透鏡面上，就會嚴(yán)重影響激光束的傳輸，使焦點(diǎn)分散，造成產(chǎn)品切不透，產(chǎn)生廢品。如果是超大功率激光切割機(jī)，只要保護(hù)鏡面或噴嘴表面粘上一點(diǎn)點(diǎn)極細(xì)微的油膜或水霧，也有可能造成高能激光發(fā)射燒壞激光頭。由于超大功率激光切割機(jī)的激光頭價(jià)格都在萬元以上，而大多數(shù)壓縮空氣都不能對壓縮空氣中的油和水分進(jìn)行很好的處理，即便是新機(jī)器可以滿足，但是隨著設(shè)備的使用，油氣分離的效果變差，壓縮空氣中的含油量也會變大，給使用帶來不確定性。所以，多數(shù)超大功率激光切割機(jī)的用戶都不愿意冒險(xiǎn)采用壓縮空氣作為輔助氣體。

三、無油壓縮空氣的獲取

在壓縮空氣中，水的去除相對容易。只需要配置相匹配的冷凍式干燥機(jī)和過濾器即可滿足要求。但是，壓縮空氣中不含油則困難的多。如果選擇無油機(jī)，無疑增加了用戶的購置成本，另外，無油機(jī)也很難做如此高的壓力。

用非無油壓縮機(jī)制取“無油”壓縮空氣，即采用常規(guī)的有潤滑油壓縮機(jī)獲取壓縮空氣，再通過后端除油設(shè)備處理，進(jìn)而獲得無油壓縮空氣。其使用流程如圖2。

這種配置對壓縮空氣中的水分、粉塵顆粒都進(jìn)行了處理，更重要的是對壓縮空氣中的氣態(tài)油也進(jìn)行了凈化，避免了激光切割設(shè)備的透鏡受到污染。

壓縮空氣凈化器主要由高效換熱器、反應(yīng)器、電加熱器、電控系統(tǒng)等組成。見圖3。

壓縮機(jī)產(chǎn)出的壓縮空氣通過管道經(jīng)儲氣罐后進(jìn)入過濾器，壓縮空氣在通過過濾器時(shí)將含有的液態(tài)水進(jìn)行有效分離，同時(shí)保護(hù)反應(yīng)系統(tǒng)；分離液態(tài)水后的壓縮空氣進(jìn)入高效換熱器，在換熱器內(nèi)，來自精密過濾器的低溫氣體與來自反應(yīng)器的高溫氣體進(jìn)行充分熱量交換；升溫后的高溫壓縮空氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，其中的油類雜質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)溫度180～220℃范圍中觸媒表面發(fā)生催化氧化反應(yīng)：

CnHm+(n+m/4)O2→nCO2+m/2H2O

全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，同時(shí)在高溫作用下，壓縮空氣中的生物菌類被殺滅，實(shí)現(xiàn)氣源的除油殺菌，得到高潔凈等級的壓縮空氣；凈化后的高溫氣體經(jīng)高效換熱器回收熱量后，送入用戶用氣單元；整個(gè)過程由高精度溫度控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，安全穩(wěn)定。

四、使用效果

這種微油螺桿加凈化裝置的組合方式，在一些電子、食品、光伏等要求無油的工況中都有良好的應(yīng)用，在配套激光切割機(jī)使用中經(jīng)過后續(xù)跟蹤，使用的效果也達(dá)到客戶的預(yù)期。

任何一種新產(chǎn)品、新技術(shù)都是在實(shí)踐中不斷發(fā)展和提高的，與之配套的相關(guān)技術(shù)也要與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)新的要求。