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，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，201不锈钢板，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，316l不锈钢板，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，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，304不锈钢板，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，庆阳不锈钢板，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、日本工业标准
厚度
宽度
<1250
***1250~<1600
***0.30~<0.60
±0.05
±0.06
***0.60~<0.80
±0.07
±0.09
***0.80~<1.00
±0.09
±0.10
***1.00~<1.25
±0.10
±0.12
***1.25~<1.60
±0.12
±0.15
***1.60~<2.00
±0.15
±0.17
***2.00~<2.50
±0.17
±0.20
***2.50~<---
±0.22
±0.25
***---~<4.00
±0.25
±0.30
***4.00~<5.00
±0.35
±0.40
***5.00~<6.00
±0.40
±0.45
***6.00~<7.00
±0.50
±0.50
详细的标准规格对比:截止2016-12-05
编号
标准/s30400
c
mn
p
s
si
cr
ni
n
cu
1
astm a276/a276m-15
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
2
astm a959-11
0.07
2.00
0.045
0.030
1.00
17.5-19.5
8.0-11.0
3
astm a240/a240m-15a
0.07
2.00
0.045
0.030
0.75
17.5-19.5
8.0-10.5
4
astm a182/a182m-15
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
0.10
5
astm a193/a193m-15
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
6
astm a269/a269m-15
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
7
astm a312/a312m-15a
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
8
astm a320/a320m-15a
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
9
astm a403/a403m-15
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
10
astm a493-09(2013)
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-10.5
0.10
1.00
11
astm a554-15a (mt-304)
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
12
jis g4303:2012
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-10.5
13
jis g4304:2012
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-10.5
14
jis g4305:2012
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-10.5
15
gb/t 20878-2007
0.08
2.00
0.045
0.030
1.00
18.0-20.0
8.0-11.0
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