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激光切割厚板有哪些技术问题
发布时间:2020-12-26 浏览:62 次
       激光切割机切割10mm厚以下的钢板已经不是问题,但是如果要切割更厚的钢板,需要输出功率超过5000瓦的大功率激光器,但是切割质量还是不能满足需求。而且大功率激光设备价格昂贵,其输出激光模式不利于激光切割,因此传统的激光切割方法在切割厚板时没有优势。那么切割厚金属板的技术难点是什么?
       1.很难保持准稳态燃烧过程
       在实际切割过程中,金属激光切割机的厚度是有限的,这与切割前沿铁的不稳定燃烧密切相关。如果燃烧过程能够继续,狭缝顶部的温度必须达到燃点。仅仅依靠氧铁燃烧反应释放的能量并不能保证燃烧过程的连续。
       一方面,由于狭缝被喷嘴喷出的氧气流持续冷却,切割前沿温度降低;
       另一方面,燃烧形成的氧化亚铁层覆盖在工件表面,阻碍了氧气的扩散。当氧气浓度降低一定程度时,燃烧过程就会熄灭。
       当传统的会聚光束用于激光切割时激光束作用在表面上的面积很小。由于激光功率密度高,不仅工件表面温度在激光照射的区域达到燃点,而且由于热传导,更大的区域达到燃点的温度。         作用在工件表面的氧气流的直径大于激光束的直径。这表明不仅强烈的燃烧反应应该发生在激光辐射区域,而且燃烧应该发生在被激光束照射的点的外围。
       切割厚板时,切割速度比较慢,工件表面铁和氧的燃烧速度比切割头快。燃烧持续一段时间后,氧气浓度降低,导致燃烧过程熄灭。只有当切割头移动到这个位置时,燃烧反应菜再次开始。切割前沿燃烧过程周期性进行,会导致切割前沿温度波动,切割质量变差。
       2.在厚板方向很难保持氧气的纯度和压力恒定
       用金属激光切割机切割厚板时,氧气纯度的降低也影响切割质量的一个重要因素。
       氧气流量的纯度对切割过程有很大的影响。当氧气流量纯度降低0.9%时,铁氧燃烧速率会降低10%;纯度降低5%时,燃速会降低37%。燃烧速率的降低大大降低了燃烧过程中输入切割缝的能量,降低了切割速度。同时,切割面液体层中铁含量增加,增加了炉渣的粘度,导致排渣困难。这样切口下部就会有严重的挂渣,使得切口质量无法接受。
       为了保持切割稳定,要求切割氧气流在厚度的方向的纯度和压力保持基本恒定。在传统的激光切割过程中,经常使用普通的锥形喷嘴,可以满足板材切割的使用要求。但是切割厚板时,随着供气压力的增加,喷嘴的流场容易形成冲击波,对切割过程造成很大的危害,降低氧气流的纯度,影响切割质量。
       解决这个问题一般有三种方法:
       (1)在切割氧气流周围加入预热方法;
       (2)在切割氧气流周围加入辅助氧气流;
       (3)合理设计喷嘴内壁,改善空气流场特性。
       
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