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导致激光切割加工切口波纹产生

R.Poprawe重点研究了切口波纹形成机理,监测到了切口波纹存在三个不同特征区域,第一类波纹导致的轴向传播波及随后而来的热传递间的不一致引起,并提出了控制措施。黄开金等研究了激光有氧切割过程和切割表面条纹(即波纹)形成模型后认为,激光加热特性和热平衡过程的建立是造成切割过程存在非稳态和稳态两过程的主要原因,并提出了一种基于铁和氧气扩散反应管材切口条纹形成模型。

F.O.Olsen等认为,在切割前沿极薄的熔化层内的熔化物由于被气流从切缝中周期地吹掉而形成波纹,但不能解释靠近切口上表面波纹细,而靠近下表面波纹粗同时存在的原因。M.Vicanek等建立了激光熔化切割气流吹除熔化材料的动态数学模型后认为,材料的去除是气流与熔化前沿间的摩擦力而导致的剪切力和切口上气流压力梯度所引起,压力梯度的出现导致稳定熔化材料的切除不稳定,计算表明,只有它相对剪切应力十分小的时候才能得到抑制,然而,实际工艺中,两者均大,因而熔池流必不稳定,从而导致切口波纹产生。

G.Simon等试验研究了激光熔化切割和激光反应气体辅助切割后同样发现,辅助气体气流可引起熔化流的不稳定,分析认为,这种不稳定是切口波纹产生的原因。A.Ivason等发现利用脉冲激光切割不锈钢时,切割速度可提高15%,切口波纹频率与激光频率大致相等并认为,波纹形成由钢的氧化性质决定。S.L.chen等试验分析得出切口波纹频率为锄/r(甜为切割速度,r为沿切割方向切割前沿半径)的函数,同时发现,当切割辅助气体不纯度即使小于5%以下时,最大切速降低,切口底部挂渣现象依然严重。

通过能量和质量平衡方程,得出了激光切割切口波纹频率公式,与试验获取值相近。Shandiang cheng等利用信号发生器产生的调制信号来调整和控制激光功率,研究了其变化对切口质量的影响并发现,切割过程受调制信号频率和信号调制深度的影响,切口波纹的振幅和频率受激光功率波动的影响极大,但未建立相应数学关系式。M.Hansmann等利用硅光电二极管检测了激光氧化切割碳钢过程中,从切割前沿通过切割小孔然后再经光路中设置的分光镜反射回来的近红外和可见光范围的信号,比较切口表面几何结构形状发现,信号频率与切口形成波纹频率吻合一致,通过改变不同切割工艺参数试验,得出可以通过在线检测切口反射信号频率来监测切口表面粗糙度及其表面质量。