激光切割：高功率+空气=低成本？

随着激光加工行业的竞争日益激烈，如何提高效率、降低成本成为大多数用户关心的问题。光纤激光切割机凭着切割速度快、材料变形小、加工精度高等优势，迅速成为了市场主流。高功率激光的应用，更是大大提高了激光加工的效率，薄板极限切割速度已能够挑战机械性能的控制极限，中厚板切割工艺也在不断突破中。

上表为不同功率激光切割机所对应的不锈钢氮气切割的速度对比。可见对不锈钢切割而言，激光器功率越高，切割速度就越快。

光纤激光切割机常用的切割辅助气体有氧气、氮气、空气三种。但由于氮气、氧气成本均高于压缩空气，且氮气、氧气的价格逐年上涨，因此使用空气作为切割辅助气体，能大大降低生产的成本。

氧气主要用于碳钢切割，其原理是氧气与金属发生氧化反应，放出大量的氧化热，同时一定气压会把氧化物和熔渣从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，因此不需要太高的功率，但切尖角容易过烧。

氮气主要用于不锈钢和铝板切割，同时也可切割一定厚度的碳钢板，功率越高，可切割的碳钢板厚度也越大。氮气切割依靠激光的能量把金属熔化，高气压吹走熔融物并保证期间避免发生不合理的化学反应。在不锈钢、铝板切割上可以得到比较光亮的断面效果，尖角效果也更好。

空气本身存在于大气中，利用空压机将其压缩到储气罐，再经过过滤、冷却和干燥装置，去除空气中的水和油，即可使用。空气的切割原理与氮气类似，但由于空气中含有约20％的氧气，因此可在一定程度弥补氧气和氮气的不足。

下面以8kw激光切割机为例，针对不锈钢、碳钢两种材料，对比各辅助气体的切割效果。

从上往下依次为：12mm不锈钢氮气切割断面、12mm不锈钢空气切割断面、12mm不锈钢空气切割经抛光处理后的断面。相比于氮气切割，空气切割的断面较黑，但不挂渣，经过抛光处理后，断面也可达到较为光亮的效果。

从速度上看，空气切割不锈钢略快于氮气，但优势并不明显。

图为空气切割8mm碳钢和10mm碳钢的效果。可见8mm碳钢有轻微挂渣，10mm挂渣较为严重，因此空气切割不建议用于10mm以上的碳钢板切割。同时，由于不同来源的碳钢板质量不同，切割效果会有较大差异，因此空气切割碳钢工艺的稳定性还需要市场进一步验证。

切割速度方面，空气与氮气相比并没有优势，但二者在8mm及以下的厚度上远远领先于氧气。当然，氧气切割碳钢断面的光亮度和底面光洁度，会更优于空气和氮气。

综合考虑，在要求相对宽松的情况下，空气切割具有较大成本优势。但要注意，采用空气切割，必须保证空气经冷干机过滤，空压机、冷干机需定时保养。若进入切割头的空气中含有水和油，会在短时间内造成保护镜片结雾，影响切割质量，此时若未及时更换保护镜，在高功率光束照射下还可能导致切割头内部温度升高，有可能造成内部镜组的损坏。

对于加工量大的工厂而言，搭配高功率切割机，空气切割能为其带来更高的效率和更低的成本，这方面的收益远高于工件二次处理的成本。但对于小型加工厂而言，空气切割就未必能把成本降下来。因此是否采用空气切割，需要根据自家产量来决定。