空压机在激光切割领域的应用分析

空压机在激光切割领域的应用分析

激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。

激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割速度快，不受切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，逐渐改进或取代了传统的金属切割工艺设备。

一、激光切割机工作原理

激光切割机在工作时需要带有压力的气源作为动力，常用的辅助气体有氧气、氮气和压缩空气，有时还会用到氩气。按照气体压力又可分为高压气体和低压气体。

随着切削板材的厚度和效率的需求，压缩空气的压力也由之前的1.25MPa～1.3MPa 向更高的压力发展，甚至达到2.0MPa～3.0MPa，目前市场上主要使用1.6MPa的压缩气体。

二、压缩空气含油的影响

目前气源主要集中在氮气、氧气和压缩空气，除非是加工一些贵金属或对加工要求比较高才会使用氮气或氧气，更多的则是压缩空气。

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。用压缩空气替代氮气切割是经济实用的选择。

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透镜面上，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的激光头价格都在万元以上，而大多数压缩空气都不能对压缩空气中的油和水分进行很好的处理，即便是新机器可以满足，但是随着设备的使用，油气分离的效果变差，压缩空气中的含油量也会变大，给使用带来不确定性。所以，多数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。

三、无油压缩空气的获取

在压缩空气中，水的去除相对容易。只需要配置相匹配的冷冻式干燥机和过滤器即可满足要求。但是，压缩空气中不含油则困难的多。如果选择无油机，无疑增加了用户的购置成本，另外，无油机也很难做如此高的压力。

用非无油压缩机制取“无油”压缩空气，即采用常规的有润滑油压缩机获取压缩空气，再通过后端除油设备处理，进而获得无油压缩空气。

这种配置对压缩空气中的水分、粉尘颗粒都进行了处理，更重要的是对压缩空气中的气态油也进行了净化，避免了激光切割设备的透镜受到污染。

压缩空气净化器主要由高效换热器、反应器、电加热器、电控系统等组成。见图3。

压缩机产出的压缩空气通过管道经储气罐后进入过滤器，压缩空气在通过过滤器时将含有的液态水进行有效分离，同时保护反应系统；分离液态水后的压缩空气进入高效换热器，在换热器内，来自精密过滤器的低温气体与来自反应器的高温气体进行充分热量交换；升温后的高温压缩空气进入反应器内，其中的油类杂质在反应器内温度180～220℃范围中触媒表面发生催化氧化反应：

CnHm+(n+m/4)O2→nCO2+m/2H2O

全部转化为二氧化碳和水，同时在高温作用下，压缩空气中的生物菌类被杀灭，实现气源的除油杀菌，得到高洁净等级的压缩空气；净化后的高温气体经高效换热器回收热量后，送入用户用气单元；整个过程由高精度温度控制系统自动调节，安全稳定。

四、使用效果

这种微油螺杆加净化装置的组合方式，在一些电子、食品、光伏等要求无油的工况中都有良好的应用，在配套激光切割机使用中经过后续跟踪，使用的效果也达到客户的预期。

任何一种新产品、新技术都是在实践中不断发展和提高的，与之配套的相关技术也要与时俱进，适应新的要求。