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激光切割机喷嘴设计与气流控制

2019-06-07 16:45:49??????点击:
  喷嘴设计和气流控制

  喷嘴设计和气流控制技术:当激光切割钢时,氧气和聚焦激光束通过喷嘴发射到切割的材料上,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。激光切割技术主要有两种:一种是将脉冲激光应用于金属材料。
  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。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。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。德国汉诺威大学激光中心使用了一台500WCO2激光器,透镜焦距为2.5“。实验分别用小孔喷嘴和Laval喷嘴进行,如图4所示。用于激光切割的喷嘴结构简单,即末端有一个小圆孔的锥形孔(见图4)。在使用过程中,从喷嘴侧面喷出一定压力Pn(表压为PG)的气体,称为喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,以一定间隔到达工件表面,其压力称为切削压力Pc,最后气体膨胀到大气压Pa。从图中可以看出,当Pn为400Kpa(或4bar)时,NO2孔板喷嘴的切割速度仅为2.75m/min(碳钢厚度为2 mm)。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。
  第一高切削压力区靠近喷嘴出口,工件表面与喷嘴出口的间距约为0.5≤1.5 mm,切削压力Pc大且不乱,是工业生产中常用的切削扳手工艺参数。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。为了满足工业生产对质量和生产效率的越来越高的要求,必须正视各种枢纽技术的解决和质量标准的实施,使这一新技术在我国得到更广泛的应用。当Pn为500~600Kpa时,4号和5号Laval喷嘴的切割速度分别可达3.5m/min和5.5m/min。
  可用以下公式计算:V=8.2d2(pg+1){+*/}V-气速L/min
  d-喷嘴直径mm{-*/}激光切割机PG喷嘴压力(表)棒
  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。第二高切削压力区在喷嘴出口处约为3≤3.5 mm,切削压力Pc也较大,也可取得较好的效果,有利于保护透镜,提高其使用寿命。

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