激光切割厚板的技術難題有哪些
激光切割機對于10mm厚度以下鋼板的切割已不成問題,但如果要切割更厚的鋼板,那就需要輸出功率超過5000瓦的高功率激光器,但切割質量仍滿足不了需求。而且高功率激光器設備的成本昂貴,其輸出的激光模式也不利于激光切割,因此傳統激光切割方法在切割厚板時并不具備優勢。那么金屬切割厚板存在哪些技術難點呢?
1、準穩態燃燒過程維持比較困難
金屬激光切割機在實際切割過程中,能切透的板厚是有限的,這與切割前沿鐵不能穩定燃燒有著密切聯系。燃燒過程要能持續進行,切縫頂部的溫度達到燃點。僅僅只靠鐵氧燃燒反應釋放的能量,實際上并不能確保燃燒過程持續進行。
一方面,是由于切縫被噴嘴噴出的氧流連續冷卻,降低了切割前沿的溫度;
另一方面,燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表面,阻礙氧的擴散,當氧的濃度降低時,燃燒過程將會熄滅。
采用傳統會聚性光束進行激光切割時,激光束作用于表面的區域很小,由于激光功率密度很高,因此不僅僅在激光輻射的區域,工件表面溫度達到了燃點,而且由于熱傳導,一個更寬的區域達到了燃點溫度。而氧流作用于工件表面的直徑要比激光束直徑要大。這表明不僅在激光輻射區域要發生強烈地燃燒反應,而且在激光束照射的光斑外圍也要同時發生燃燒。
在厚板切割時,切割速度相當慢,工件表面鐵氧燃燒的速度要比切割頭行進的速度快。燃燒持續一段時間后,由于氧的濃度下降,而導致燃燒過程熄滅。只有當切割頭行進到該位置時,燃燒反應又重新開始。切割前沿的燃燒過程是周期性地進行,這樣就會導致切割前沿的溫度波動,切口質量變差。
2、厚板方向氧純度和壓力難以維持恒定
金屬激光切割機厚板切割時,氧純度下降也是影響切口質量的重要因素。
氧流的純度對切割過程有強烈影響。當氧流純度下降0.9%,鐵氧燃燒率將下降10%;純度下降5%時,燃燒率將下降37%。燃燒率下降大大減少了燃燒過程輸入到切縫中的能量,降低了切割速度,同時切割面液態層中鐵的含量增加,從而增大到熔渣的粘性,導致熔渣排出困難,這樣在切口下部就會出現嚴重的掛渣,使切口質量變得難以接受。
為了保持切割穩定進行,要求在板厚方向切割氧流的純度及壓力要基本保持恒定。傳統激光切割工藝中,常常使用普通錐形噴嘴,這種噴嘴在薄板切割中能滿足使用要求。但在切割厚板時,隨著供氣壓力增大,噴嘴的流場中容易形成激波,激波對切割過程有許多危害,降低氧流的純度,影響切口質量。
1、準穩態燃燒過程維持比較困難
金屬激光切割機在實際切割過程中,能切透的板厚是有限的,這與切割前沿鐵不能穩定燃燒有著密切聯系。燃燒過程要能持續進行,切縫頂部的溫度達到燃點。僅僅只靠鐵氧燃燒反應釋放的能量,實際上并不能確保燃燒過程持續進行。
一方面,是由于切縫被噴嘴噴出的氧流連續冷卻,降低了切割前沿的溫度;
另一方面,燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表面,阻礙氧的擴散,當氧的濃度降低時,燃燒過程將會熄滅。
采用傳統會聚性光束進行激光切割時,激光束作用于表面的區域很小,由于激光功率密度很高,因此不僅僅在激光輻射的區域,工件表面溫度達到了燃點,而且由于熱傳導,一個更寬的區域達到了燃點溫度。而氧流作用于工件表面的直徑要比激光束直徑要大。這表明不僅在激光輻射區域要發生強烈地燃燒反應,而且在激光束照射的光斑外圍也要同時發生燃燒。
在厚板切割時,切割速度相當慢,工件表面鐵氧燃燒的速度要比切割頭行進的速度快。燃燒持續一段時間后,由于氧的濃度下降,而導致燃燒過程熄滅。只有當切割頭行進到該位置時,燃燒反應又重新開始。切割前沿的燃燒過程是周期性地進行,這樣就會導致切割前沿的溫度波動,切口質量變差。
2、厚板方向氧純度和壓力難以維持恒定
金屬激光切割機厚板切割時,氧純度下降也是影響切口質量的重要因素。
氧流的純度對切割過程有強烈影響。當氧流純度下降0.9%,鐵氧燃燒率將下降10%;純度下降5%時,燃燒率將下降37%。燃燒率下降大大減少了燃燒過程輸入到切縫中的能量,降低了切割速度,同時切割面液態層中鐵的含量增加,從而增大到熔渣的粘性,導致熔渣排出困難,這樣在切口下部就會出現嚴重的掛渣,使切口質量變得難以接受。
為了保持切割穩定進行,要求在板厚方向切割氧流的純度及壓力要基本保持恒定。傳統激光切割工藝中,常常使用普通錐形噴嘴,這種噴嘴在薄板切割中能滿足使用要求。但在切割厚板時,隨著供氣壓力增大,噴嘴的流場中容易形成激波,激波對切割過程有許多危害,降低氧流的純度,影響切口質量。
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