輔助氣體的氣流可使激光切割加工的熱影響區(qū)減小,詳情參考www.ynxhdq.com
本文通過分析切割過程中材料狀態(tài)和能量平衡的變化，將其分為三個相互聯(lián)系的階段，針對每個階段根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立不同的表達式，來研究加工工藝參數(shù)對切割質(zhì)量的影響，可以使理論模型與實際加工更加接近。激光切割加工的過程分析根據(jù)激光切割過程的不同物理形式，可分為汽化切割，熔化切割，氧助熔化切割和控制斷裂切割四類。本文所研究的是在實際加工中應(yīng)用*廣的氧助熔化切割，其加工原理是：利用激光束將材料加熱到燃點，并與輔助氣體一一氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，所產(chǎn)生的熱量與激光束共同作為切割熱源，熔化切口部分的材料。激光切割的過程從激光光束聚焦照射到鋼板上開始，直至切割頭沿切割加工軌跡運行到終點。

        整個加工過程可分為三個階段：**階段鋼板被激光加熱升溫至燃點；**階段從Fe和O₂發(fā)生燃燒反應(yīng)開始至鋼板被燒穿；第三階段激光束和切割頭連續(xù)移動，*終將鋼板割開。下而分別加以分析。**階段的過程分析在氧助熔化切割加工開始時，高功率密度的激光束以固定集中點熱源的方式照射在工件的起割點處(在實際切割加工時，為去除材料的毛邊，通常將起割點取在板材工件的內(nèi)部)。激光束的能量以一定的吸收率被材料吸收，所吸收的激光能量被迅速轉(zhuǎn)化為熱能，造成起割點處的溫度不斷上升，并通過熱傳導(dǎo)方式向周圍材料傳遞熱量。能量損耗的方式除熱傳導(dǎo)外，還有對流和輻射。

        根據(jù)Lim和Powell的實驗結(jié)論：激光切割中*主要的熱量損失是熱傳導(dǎo)，而熱輻射和對流導(dǎo)致的散熱非常小，可以忽略不計。氧氣氣流從切割頭的噴嘴中噴出，可以促進被照射部位迅速氧化，鋼板的升溫和氧化使其對激光的吸收率不斷增大。同時，輔助氣體的氣流也可以使激光切割加工的熱影響區(qū)減小。此時分析能量平衡關(guān)系，只有激光的能量作為輸入能量，被消耗于照射點處鋼板的溫升和周圍的熱傳導(dǎo)溫度場。當(dāng)鋼板被激光照射處溫度升高到燃點溫度97度時，激光切割過程的**階段就結(jié)束了，開始進入下一個加工階段。

        **階段的過程分析在激光照射下，材料表而被加熱到燃點溫度后，由于周圍空氣中的氧氣含量非常高，F(xiàn)e和O₂的燃燒反應(yīng)就從激光照射點處開始發(fā)生，并快速向周圍各個方向擴散。此時從噴嘴出來的氧氣由低壓變成高壓，一方而補充燃燒反應(yīng)所消耗的氧氣，為反應(yīng)的連續(xù)進行提供充足的氧氣；另一方而對燃燒反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生沿板厚向下的沖擊作用。在實驗中發(fā)現(xiàn)：燃燒反應(yīng)在向周圍擴展時，向下的反應(yīng)擴展速度總是高于向側(cè)而的擴展速度，可以認(rèn)為是燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熔渣的重力和高壓氣流的沖擊共同作用的結(jié)果。同時還可觀察到由于燃燒反應(yīng)非常劇烈，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，熔渣沸騰，中間有很多微小的氣泡，這些氣泡中既有汽化的金屬也有很多氧氣。