高速激光切割噴嘴工作原理
激光切割作為一種新興起的切割加工方法,具有很多的優(yōu)點:比如可加工的材料范圍廣,切割縫窄(0.1mm~1.0mm)切割速度相當高;被切工件熱變形小等等。
影響激光切割效率的主要因素之一就是激光切割頭中噴嘴的形狀及其產(chǎn)生的流場的特征。為了提高切割效率和質(zhì)量必須精確設計噴嘴的形狀。
高功率的CO2激光器的研制成功,使得高速切割厚板成為可能,研究顯示,要提高切割速度,就須提高工件表面的切割壓力,而要提高工件表面的切割壓力就得提高噴嘴的供氣壓力,但噴嘴在提高供氣壓力時會產(chǎn)生激波。由于激波的存在,單憑提高供氣壓力不但不能提高切割速度,反而會使切割工藝產(chǎn)生許多不良現(xiàn)家,所以必須重新對噴嘴進行精確的設計才能滿足切割厚板和三維切割的需求
(1)激光切割過程中,激光束要穿過噴嘴產(chǎn)生的氣體流場。眾所周知激光的折射率和氣流的密度有關,在流場中產(chǎn)生激波時,在激波處氣流的密度會發(fā)生突變,這樣激光的折射率就會發(fā)生變化,從而導致聚焦點位置發(fā)生變化。焦點位置一旦發(fā)生變化,那么切割速度和切縫寬度都會受到相當大的影響。
為了獲得較高的激光切割速度和較好的切割質(zhì)量,要求噴嘴所產(chǎn)生的流場在工件表面的切割壓力盡可能的高,且隨噴嘴和工件表面之間距離的變化波動要較小。在流場中最好不產(chǎn)生激波。
為了消除切縫中的激波,以便提高激光切割速度和切割質(zhì)量,有人把噴嘴軸線和激光束軸線成一定角度。經(jīng)研究[7],噴嘴軸線和激光束軸線成35~40度時,切割速度最大,并且在切縫前沿不產(chǎn)生激波,使切割質(zhì)量大為改善。由于激光束和噴嘴不共腔,使得供氣壓力可以不受聚焦透鏡的承受壓力的限制,并且這類噴嘴可用耐熱硼硅酸玻璃細管加熱拉拔而成,制造成本小。激光切割工藝要求噴嘴產(chǎn)生的流場流速要均勻,氣流紊流度要小,流場中不產(chǎn)生激波,工件表面的切割壓力要比較穩(wěn)定且其值要大。在切割薄板或對切割質(zhì)量要求不嚴格時可采用傳統(tǒng)型噴嘴,而在切割厚板時可采用新型噴嘴。在進行三維切割時應優(yōu)先考慮采用超音速拉瓦爾噴嘴