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      包头液态气体

      氮气在激光切割中的应用

      发布日期:2021-01-05 作者: 点击:

      氮气控制聚焦镜(通常是金属反射聚焦系统)的水压,如果聚焦前的光束尺寸变小并且焦点直径变大,则自动控制水压以改变焦点曲率以使焦点直径变小。 在飞行光路切割机上增加x和y方向补偿光路系统。也就是说,当增加了在切割的远端处的光路时,补偿光路会缩短;反之,当减少在切口的近端处的光路时,增加补偿光路以保持光路长度恒定。

      1、切割和打孔技术:

      除了少数情况下,可以从板的边缘开始的任何一种热切割技术,通常都要在板上钻一个小孔。早先在激光冲压复合机上,使用冲头打孔,然后使用激光从小孔开始切割。没有打孔装置的激光切割机有两种基本的打孔方法:

      (1)爆破钻孔:(爆破钻孔)

      用连续激光照射该材料以在中心形成凹坑,然后通过与激光束同轴的氧气流将熔融的材料快速去除以形成孔。通常,孔的大小与板的厚度有关。喷砂孔的平均直径为板厚的一半。因此,较厚的板的喷砂孔较大而不圆形。它不适用于要求较高的零件(例如油筛管),只能在废料上使用。另外,由于用于穿孔的氧气压力与用于切割的氧气压力相同,因此飞溅较大。

      (2)脉冲钻孔:(脉冲钻孔)

      使用高峰值功率脉冲激光熔化或蒸发少量材料。空气或氮气通常被用作辅助气体,以减少由于放热氧化而引起的空穴膨胀。切割期间的气压低于氧气压力。每个脉冲激光只会产生逐渐穿透更深的小颗粒射流,因此需要花费几秒钟才能对厚板打孔。穿孔完成后,立即将辅助气体更改为氧气进行切割。这样,射孔直径更小,且射孔质量优于爆破射孔。因此,所使用的激光器不仅应具有更高的输出功率,而且还应具有更高的输出功率。光束的时间和空间特性更为重要,因此普通的错流式CO2激光器无法满足激光切割的要求。另外,脉冲射孔需要更可靠的气路控制系统来实现气体类型,气压和射孔时间控制的切换。

      在脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切割,应注意从工件静止时的脉冲穿孔到以恒定速度连续切割工件的过渡技术。理论上,通常可以更改加速部分的切割条件,例如焦距,喷嘴位置,气压等,但实际上,由于时间太短,不太可能更改上述条件。在工业生产中,主要采用改变激光器平均功率的方法更为现实。有三种特定方法:

      (1)改变脉冲宽度; (2)改变脉冲频率; (3)同时更改脉冲宽度和频率。实际结果表明(3)效果好。

      2、喷嘴设计和气流控制技术:

      在对钢进行激光切割时,氧气和聚焦的激光束会通过喷嘴射向要切割的材料,从而形成气流。空气流动的基本要求是,进入切口的空气流量应大且速度要高,以使足够的氧化作用使切口材料充分进行放热反应。同时,有足够的动量将熔融材料喷出。因此,除了光束的质量及其直接影响切割质量的控制之外,喷嘴的设计和气流的控制(例如喷嘴压力,气流中工件的位置等)也同样是非常重要的因素。

      目前,用于激光切割的喷嘴采用简单的结构,即,在端部具有小圆孔的锥形孔。通常采用实验和错误方法进行设计。由于喷嘴通常由红铜制成,因此尺寸小并且是易损部件,需要经常更换,因此不会进行流体力学计算和分析。使用时,从喷嘴侧面引入一定压力Pn(表压为Pg)的气体,称为喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经过一定距离后到达工件表面。压力称为切割压力Pc,气体膨胀到大气压Pa。研究表明,随着Pn的增加,空气流量也随之增加。可以通过以下公式计算:

      V = 8.2d2(Pg + 1)

      V气流量L / mind-喷嘴直径mmPg-喷嘴压力(表压)bar

      不同的气体有不同的压力阈值。当喷嘴压力超过该值时,气流是正常的倾斜冲击波,并且气流速度从亚音速过渡到超音速。该阈值与两个因素有关:Pn,Pa比和气体分子的自由度(n):例如,对于氧气和空气,n = 5,因此阈值Pn = 1bar×(1.2)3.5 = 1.89bar。当喷嘴压力较高Pn / Pa =(1 + 1 / n)1 + n / 2(Pn> 4bar)时,正常气流冲击波密封变为正冲击波,切割压力Pc降低,气流速度降低,并且在工件表面上形成涡流,这削弱了气流去除熔融材料的效果并影响切削速度。因此,使用在末端具有锥形孔和小圆形孔的喷嘴,并且氧气喷嘴压力通常低于3bar。

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