光纤激光辅助气体的类型和压力如何影响参数
2025 - 7 - 01
在光纤激光切割中，辅助气体的类型和压力是影响切割质量、效率及参数匹配的关键因素。以下从作用机制、对参数的具体影响及应用场景展开分析：
一、辅助气体的核心作用机制
吹除熔渣：高压气体将切割区域的熔融材料快速吹离切口，避免挂渣并保证切口光滑。
辅助热反应：氧气等活性气体会与金属发生氧化放热反应，补充切割能量，提高切割速度。
保护镜片：气体流经切割头时可带走热量，防止聚焦镜因高温受损，同时吹走飞溅物以保持镜片清洁。
二、气体类型对切割参数的影响
1. 氧气（O₂）—— 适用于碳钢、铸铁等易氧化金属
对功率的影响：氧化反应放热可减少激光功率需求（约降低 10%-20%）。例如，切割 5mm 碳钢时，使用氧气可比氮气少用 300-500W 功率。
对速度的影响：氧化放热加速材料熔化，可提高切割速度（约提升 20%-30%）。如 3mm 碳钢用氧气时速度可达 2500mm/min，用氮气则降至 1800mm/min。
典型应用：碳钢切割中，氧气与铁反应生成 Fe₂O₃并释放热量，相当于 “激光 + 氧化” 双重加热，适合厚板快速切割。
2. 氮气（N₂）—— 适用于不锈钢、铝合金等防止氧化的材料
对功率的影响：氮气为惰性气体，无氧化放热，需提高激光功率（比氧气高 15%-30%）。例如，切割 3mm 不锈钢用氮气时功率需 2000-2500W，若用氧气则可能因氧化导致切口发黑。
对速度的影响：无额外热量补充，切割速度需降低（约比氧气慢 15%-25%），以保证能量输入充足。
典型应用：不锈钢切割时，氮气可吹除熔渣并防止切口氧化，保证表面光洁度；铝合金切割中，氮气避免铝氧化生成高熔点 Al₂O₃（熔点 2054℃），防止熔渣粘连。
3. 空气（Air）—— 适用于薄板或低要求切割
对功率的影响：空气中含 21% 氧气，对碳钢有轻微氧化作用，功率需求介于氧气和氮气之间（比氧气高 5%-10%）。
对速度的影响：切割速度略低于氧气，适用于 1-2mm 薄板（如 1mm 碳钢用空气时速度约 5000mm/min）。
优势：成本低（无需额外供气），但切口质量较差（氧化层较厚），仅适用于对精度要求不高的场景。
三、气体压力对切割参数的影响
1. 压力与材料厚度的匹配原则
薄板（＜3mm）：低压力（0.4-0.8MPa）即可吹除熔渣，过高压力易导致气流干扰激光聚焦，甚至吹偏熔融材料。
厚板（≥3mm）：需高压力（0.8-1.5MPa）增强吹渣能力，例如 5mm 碳钢用氧气时压力需 1.0-1.2MPa，否则熔渣易堆积在切口底部。
2. 压力对功率和速度的调节
压力不足：熔渣清除不彻底，需降低切割速度（约 10%-20%）并提高功率（约 5%-10%）以减少挂渣。例如，3mm 不锈钢若氮气压力仅 0.6MPa，速度需从 1800mm/min 降至 1500mm/min，功率从 2000W 升至 2200W。
压力过高：气流会吹散激光能量，导致切割能力下降，此时需提高功率（约 10%-15%）补偿能量损失，同时适当降低速度（约 5%-10%）。
四、气体类型与压力的组合优化策略
| 材料类型 |
厚度（mm） |
推荐气体类型 |
气体压力（MPa） |
配套参数调整 |
| 碳钢 |
1-3 |
氧气 |
0.6-0.8 |
功率降低 10%，速度提高 20% |
| |
5-10 |
氧气 |
1.0-1.2 |
功率 2500-3500W，速度 800-1200mm/min |
| 不锈钢 |
1-3 |
氮气 |
0.8-1.0 |
功率比碳钢高 15%，速度降低 15% |
| |
5 |
氮气 |
1.2-1.5 |
功率 3000-4000W，速度 800-1000mm/min |
| 铝合金 |
1-2 |
氮气 |
1.0-1.2 |
功率 2000-2500W，速度 2000-2500mm/min |
| 铜 |
1 |
氮气 / 空气 |
1.2-1.5（氮气） |
功率 2500-3000W，速度 1500-2000mm/min |
五、特殊场景的气体参数调整
厚板切割（＞10mm）
采用 “氧气 + 高压”（1.2-1.5MPa），配合低速度（500-800mm/min）和高功率（4000W 以上），利用氧化放热辅助穿透材料，同时避免熔渣堵塞切口。
薄板精密切割（＜1mm）
用氮气或空气低压力（0.4-0.6MPa），防止气流吹变形材料，功率控制在 800-1200W，速度提升至 5000-7000mm/min，保证切口平整。
有色金属切割（铝、铜）
必须用高压力氮气（1.2-1.5MPa），因材料导热快且激光吸收率低，需同时提高功率（比碳钢高 30%-50%）并降低速度（比碳钢低 20%-30%），避免熔渣堆积。
六、注意事项
气体纯度：氧气纯度需≥99.5%，氮气纯度≥99.9%，否则杂质会导致切口氧化或污染镜片。
压力稳定性：气源需配备稳压装置，压力波动超过 ±0.1MPa 会导致切割质量不稳定。
喷嘴选择：不同气体压力需匹配相应孔径的喷嘴（如氧气常用 1.0-1.5mm 孔径，氮气用 1.5-2.0mm），喷嘴堵塞时需及时更换。
通过合理匹配气体类型、压力与激光功率、速度，可显著提升切割效率与质量，同时降低设备损耗。实际操作中建议先按标准参数调试，再根据切口效果（如挂渣、氧化层、粗糙度）微调气体参数。
山东省济南市历城区荷花路13908号
镭曼数控国内销售部: 400-060-2018
传真: 0531-61384508
E-mail: 207969800@qq.com