不锈钢板激光切割加工-酒泉不锈钢板-西安柯华钢铁

喷嘴设计及气流控制

喷嘴设计及气流控制技术： 激光切割钢材时，氧气和---的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此，除光束的及其控制直接影响切割外，喷嘴的设计及气流的控制（如喷嘴压力、工件在气流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的喷嘴采用简单的结构，不锈钢板激光切割加工，即一锥形孔带端部小圆孔（如图4）。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力pn(表压为pg)的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力pc，后气体膨胀到---压力pa。研究工作表明随着pn的增加，气流流速增加，pc也不断增加。

可用下列公式计算： v=8.2d2(pg+1)

v-气体流速 l/min

d-喷嘴直径 mm

pg-喷嘴压力（表压）bar

对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力超过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与pn、pa比值及气体分子的自由度（n）两因素有关：如氧气、空气的n=5，因此其阈值pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高pn/pa=(1+1/n)1+n/2时（pn；4bar），气流正常斜激波封变为正激波，切割压力pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，不锈钢板剪板折弯，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。

为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔（laval）喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500wco2激光器，透镜焦距2.5〃，采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验，见图4。试验结果如图5所示：分别表示no2、no4、no5喷嘴在不同的氧气压力下，酒泉不锈钢板，切口表面粗糙度rz与切割速度vc的函数关系。从图中可以看出no2小孔喷嘴在pn为400kpa（或4bar）时切割速度只能达到2.75m/min（碳钢板厚为2mm）。no4、no5二种拉伐尔喷嘴在pn为500kpa到600kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应---的是切割压力pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射，使切割压力呈周期性的变化。

高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力pc大而稳定，是工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与---光束难以匹配而无法采用。

2、熔化切割。

在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。

激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，---因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104w/cm2～105 w/cm2之间。

3、氧化熔化切割（激光火焰切割）。

熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，304不锈钢板材价格，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，使材料进一步加热，称为氧化熔化切割。

由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来---热影响，激光的功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，---因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

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