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激光切割机喷嘴设计及气流控制技术

2019-06-08 16:39:26??????点击:
  激光切割机喷嘴设计及气流控制技术:当激光切割钢材时,氧气和聚焦激光束通过喷嘴发射到切割材料上,从而形成气流光束。光纤激光切割机利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束,并聚集在工件表面上,使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化,通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。激光切割机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。气流的基本要求是进入缺口的气体流量要大,速度要高,以便足够的氧化能使缺口材料充分放热反应,同时有足够的动量使熔体喷出。因此,除了光束质量及其控制外,喷嘴的设计和气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)直接影响切割质量。也是非常重要的因素。目前用于激光切割的喷嘴采用了一种结构简单的结构,即端部有一个小圆孔的锥形孔。通常采用实验法和误差法进行设计。由于喷嘴一般由铜制成,尺寸较小,是需要频繁更换的易损件,因此不进行流体力学计算和分析。在使用中,具有一定压力Pn(表压为PG)的气体从喷嘴侧面喷射,称为喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,通过一定距离到达工件表面。压力称为切割压力Pc,最后气体膨胀到大气压Pa。结果表明,随着Pn的增大,流速增大,Pc增大。

  可用以下公式计算:V=8.2d2(pg+1){+*/}V-气速L/min{-*/}d-喷嘴直径mm{-*/}PG-喷嘴压力(表)巴
  对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力超过此值时,气流为正向斜激波,气流速度由亚音速变为超音速。激光切割机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。这一阈值与两个因素有关:Pn,Pa比和气体分子的自由度(N),如氧和空气的自由度(N)n≥5,因此该阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力较高时,Pn/Pa=(1≤1≤n)1+n/2(Pn;4bar时,气流的正向斜向冲击密封成为正激波,切削压力Pc降低,气流速度降低,工件表面形成涡流,减弱了气流对熔体的去除作用,影响了切削速度。因此,当采用端部带有锥孔和小圆孔的喷嘴时,氧的喷嘴压力往往在3bar以下。

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