辅助气体流场对LASOX法激光切割能力和质量的影响.pdf

《辅助气体流场对LASOX法激光切割能力和质量的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、切割专题r缛掳辅助气体流场对LASOX法激光切割能力和质量的影响清华大学机械工程系(北京市100084)张驰温鹏摘要激光切割被广泛用于工业制造领域，但如何提升切割能力和切割质量仍然是值得研究的问题，特别是采用中小功率激光器切割较厚钢板。文中采用散焦激光氧助法(Lasox)对20mil厚低碳钢板的切割能力和切割质量进行了试验研究，采用纹影法对不同喷嘴的自由射流流场形态进行了拍摄，利用计算流体力学软件Fluent对试验中使用的超音速喷嘴进行了自由射流数值模拟，分析了不同压力下喷嘴下方的气体流场以及流场特性对切割过程的影响。研究发现，由喷嘴结构和气流参数决定的辅助气体流场是决定Lasox

2、法切割能力和质量的关键因素，提出了适用于Lasox厚板激光切割的喷嘴设计原则和方法。关键词：激光切割LASO×数值模拟切割能力切割质量中图分类号：TG485Lasox法充分利用了氧铁燃烧反应放热，理论上可0前言以获取熔透任何板厚的热量，但是熔融金属的排出是激光切割采用高功率密度的激光束使工件熔化甚抑制其切割能力和质量的主要问题。文中采用光纤激至汽化，在辅助气体的作用下使材料形成切缝，是激光光对20mm低碳钢板进行Lasox法切割，针对气体流场在工业中应用最广泛的技术之一。目前激光切割多用对切割能力和质量的影响进行试验分析，利用纹影法于切割薄板，具有切速快、切缝窄和自动化效率高等优和

3、计算流体动力学法(CFD)分别对辅助气体流场进行势⋯。如果要切割超过20mm的厚板，不仅需要大幅观察和数值模拟，尝试提出一种适用于Lasox切割的喷提高激光功率来实现厚板熔透，而且由于激光光斑较嘴设计方案。小，如何排出厚板切缝中产生的大量熔渣也是难题，上1试验和计算方法述因素成为限制激光切割在厚板应用中的主要问题。试验采用IPGYLS一2000光纤激光器，最大输出部分学者采用高功率激光器对如何提高激光切割功率2kW，传导光纤芯径50Ixm，操作光纤芯径100厚度进行了研究J，但效果并不理想。首先激光切m。采用Lasermech切割头，镜头焦距为123mm，采割能力并不是随着功率增加

4、而持续增加的，其次采用用了普通收敛型和简易拉瓦尔型两种喷嘴，出口直径中小功率激光切割厚板仍然具有重大需求。英国分别为1．5mm和2．8mm。激光功率为1kW，光斑直0’Neil等人采用小功率散焦激光，使工件表面的径为3．5mm，辅助气体采用高纯氧(纯度99．999％)。光束直径比氧流直径大，强制氧铁燃烧反应持续稳定试验材料为Q235低碳钢板，厚度20mm，大小为200进行，实现了千瓦级cO激光切割50mm厚低碳钢板，mm×80mm，切割前对工件进行打磨除锈和丙酮除油并将之命名为Lasox(Laser—assistedoxygenprocess)。等表面处理。国内华中科技大学最早对该

5、方法进行了介绍和初步试采用CQW150型纹影仪对喷嘴下方的自由流场进验研究，采用千瓦级CO激光切割了12mm和20mm行了纹影法直观观察，如图1所示。纹影法观察系统厚板一。由2个直径150mm的球面主镜、2套球面主镜支撑系统、光源狭缝系统、刀口照相系统组成。系统的光源为卤钨灯光源，功率为250W／24V。通过照相机可将辅收稿日期：2013—11～01基金项目：清华大学自主科研计划资助(523002006)和浙江大学流体动助气流沿喷嘴轴线方向的密度变化情况记录下来，用力与机电系统国家重点实验室开放基金资助。来表征辅助气体流场结构。2014年第6期l1