鐳射切割機噴嘴的設計及氣流的控制?

鐳射切割機在切割不鏽鋼板材時,輔助氣體(氧氣)及聚焦的鐳射束都是通過噴嘴射到被切材料,並形成了一個氣流束。鐳射切割機對氣流的基本要求是,進入切口的氣流量一定要大、速度要高,以便足夠的氧氣使切口材料充分進行放熱反應;同時又有充足的能量將熔融材料噴射吹出。所以,除了光束的質量及其控制直接影響切割質量外,噴嘴的設計以及氣流的控制(如噴嘴壓力、材料在氣流中的位置等)也是十分重要的要素。目前,鐳射切割機的噴嘴多采用簡單的結構。鐳射切割機在操作的時候,從噴嘴側面通入一定的壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經過特定的路徑到達工件表面,其壓力就是通常所說的切割壓力Pc,最後氣體會膨脹到大氣壓力Pa.有關研究表明,隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加.我們可以用下列公式進行計算:V=(Pg+1); V-氣體流速L/min;d-噴嘴直徑mm;Pg-噴嘴壓力(表壓)bar。

不同氣體有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力超過這個值時,氣流是正常斜激波,氣流速會從亞音速向超音速過渡.此閾值與Pn、Pa比值以及氣體分子的自由度(n)兩種因素有關:如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×()=.當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時(Pn;4bar),氣流正常斜激波封變成正激波,切割壓力Pc下降,氣流速度減低,並且會在工件表面形成渦流,削弱氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度.因此採用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下.

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