激光切割机喷嘴的选择直接影响到切割质量、速度和稳定性。选择正确的喷嘴需要综合考虑材料类型、厚度、切割工艺(氧化/熔化切割)以及期望的切割质量。
一、喷嘴的核心作用
喷嘴的主要功能是:
1.引导气体:将辅助切割气体(如氧气、氮气、空气)精确地引导到切割点。
2.控制气流:通过其孔径和形状控制气体的流速、方向和压力,从而:
清除熔渣:吹走切割产生的熔融金属,形成干净切口。
冷却材料:冷却切缝周边区域,减少热影响区。
参与化学反应:在氧化切割中(如用氧气切碳钢),气体与金属发生放热反应,助燃提高切割速度。
3.保护镜片:高速流出的气体可以防止熔渣和烟雾向上反弹,污染和损坏昂贵的聚焦镜片。
二、喷嘴的关键参数:类型、孔径、材质
1.喷嘴类型(按锥角分)
主要分为单层喷嘴和双层喷嘴,但目前主流是双层喷嘴。
单层喷嘴:
特点:结构简单,气流形式单一。
适用:主要用于低压、低速度的切割,如一些非金属切割或薄板氮气切割。现在已较少使用。
双层喷嘴:
特点:具有内层和外层两个气路。中心气流速度快、能量集中,外层气流形成“气帘”,对中心气流进行约束和聚焦,使其更稳定、更长。
优点:
气流更稳定:切割质量更好,尤其是在拐角和高速度时。
更好的镜片保护。
更适应高压:适合氮气切割不锈钢等需要高压气体的工艺。
适用:目前绝对主流,适用于几乎所有材料的切割。
2.喷嘴孔径(最重要的选择)
孔径是选择喷嘴时最关键的参数,它直接决定了气体流量和气流形状。
喷嘴孔径 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
小孔径 (Φ1.0 - Φ1.5mm) | 薄板(<3mm)精密切割高速度切割 氮气切割不锈钢/铝合金 | 气流速度快,能量集中 切缝窄,精度高 气体消耗相对较少 | 对焦点位置敏感 易被熔渣堵塞 不适合厚板,气体流量不足 |
中孔径 (Φ2.0 - Φ2.5mm) | 通用型,应用最广 中厚板碳钢(氧切)中厚板不锈钢(氮切) | 适应性广,平衡性好 气流稳定,不易堵塞 对焦点位置容错性较高 | 切割薄板时气体消耗稍大 |
大孔径 (Φ3.0mm及以上) | 厚板切割(>8mm) 粗糙表面板材切割 穿孔时保护喷嘴 | 气体流量大,能有效吹除厚板熔渣 抗干扰能力强,不易堵塞 穿孔时溅射物不易损坏喷嘴 | 切缝较宽 气体消耗量大 不适合薄板,容易导致过度熔化 |
简单选择指南:
碳钢氧气切割:常用 Φ1.2 - Φ2.5 mm。板越薄,孔径可选越小;板越厚,孔径选越大。
不锈钢/铝合金氮气切割:常用 Φ1.5 - Φ3.0 mm。氮气压力很高,小孔径能产生高速气流获得亮面效果;厚板需要大孔径保证气体流量。
空气切割:常用 Φ1.5 - Φ2.5 mm。
3.喷嘴材质
紫铜:最常用。导热性好,不易因高温而变形,有一定的耐用性。
黄铜:较便宜,但耐用性和耐高温性不如紫铜。
陶瓷:用于特殊场合,如极高的温度环境,但其主要作用是隔热,而非直接参与导气。
三、根据材料和工艺选择(实战总结)
切割材料 & 工艺 | 推荐喷嘴类型 | 推荐喷嘴孔径 | 说明 |
碳钢 < 3mm (氧气) | 双层喷嘴 | Φ1.2 - Φ1.5mm | 追求高速度和精细切割。 |
碳钢 3-8mm (氧气) | 双层喷嘴 | Φ1.5 - Φ2.0mm | 最通用的配置,平衡质量和效率。 |
碳钢 > 8mm (氧气) | 双层喷嘴 | Φ2.5 - Φ3.0mm | 要大流量气体清除大量熔渣。 |
不锈钢/铝 3-6mm (氮气) | 双层喷嘴 | Φ1.2 - Φ1.5mm | 小孔径产生高速气流,易于获得无氧化亮面。 |
不锈钢/铝 3-6mm (氮气) | 双层喷嘴 | Φ2.0 - Φ3.0mm | 需要大流量高压氮气,保证亮面效果和穿透能力。 |
不锈钢/铝 > 6mm (氮气) | 双层喷嘴 | Φ2.0 - Φ3.0mm | 需要大流量高压氮气,保证亮面效果和穿透能力。 |
非金属(亚克力、木材等) | 单层/双层均可 | Φ1.5 - Φ2.5mm | 通常使用空气,压力要求不高。 |
四、其他重要注意事项
1.喷嘴高度(Piercing Height & Cutting Height):
喷嘴到板材的距离至关重要。通常由电容式调高器自动控制。
一般切割高度是喷嘴孔径的1~1.5倍。例如,用 Φ2.0mm 的喷嘴,切割高度通常在 1.0mm - 1.5mm 之间。具体请参考设备厂商的工艺参数表。
高度太低易发生碰撞,太高会导致气流扩散,压力不足。
2.喷嘴状态:
定期检查!喷嘴在使用中会逐渐被溅射物损坏,导致孔洞变成椭圆形或不规则。
损坏的喷嘴会导致气流紊乱,切割质量急剧下降(如粗糙断面、挂渣、无法切透)。
定期清洁:用专用的喷嘴清洁工具(如通针)清除堵塞物,切勿用尖锐工具刮擦内壁。
3.品牌匹配:
不同品牌的激光头(如Precitec, Raytools)其喷嘴设计可能有细微差别。最好使用原厂或认证的兼容喷嘴,以确保最佳的匹配度和气流特性。
总结与快速选择口诀
1.看材料:碳钢选氧气,不锈钢/铝选氮气。
2.看厚度:
薄板(<3mm):选小孔径(Φ1.2/1.5),求精度。
中厚板(3-8mm):选中孔径(Φ2.0/2.5),求稳定。
厚板(>8mm):选大孔径(Φ3.0+),求穿透。
3.看工艺:高速亮面切割选小孔径,普通切割或抗堵塞选大孔径。
4.查状态:始终保持喷嘴干净、无损、安装端正,这是保证切割质量的前提。
最后,最可靠的方法是参考激光切割机厂家提供的官方工艺参数手册,里面会有针对不同功率、不同材料的详细喷嘴、气体、速度、压力推荐表。在实际操作中,可以围绕推荐值进行微调,找到最适合当前设备和材料的最佳参数。