厚板材料进行激光切割的技术难点分析--激光切割技术分享
10激光切割机mm切割厚度以下的钢板不再是问题。但如果要切割较厚的钢板,通常需要超过5个输出功率kW高功率激光器,切割质量也显著下降。由于高功率激光设备成本高,其输出激光模式不利于激光切割,传统的激光切割方法在切割厚板时没有优势。
激光切割厚板材料的技术难点分析
1、准稳态燃烧过程维持比较困难。金属激光切割机实际切割过程中,能切透的板厚是有限的,这与切割前沿铁不能稳定燃烧密切相关。燃烧过程要能持续进行,切缝顶部的温度必须达到燃点。单独靠铁氧燃烧反应释放的能量,实际上不能确保燃烧过程持续进行。一方面,是由于切缝被喷嘴喷出的氧流连续冷却,降低了切割前沿的温度:另一方面,燃烧形成的氧化亚铁层覆盖在工件表面,阻碍氧的扩散,当氧的浓度降低到一定程度时,燃烧过程将会熄灭。采用传统会聚性光束进行激光切割时,激光束作用于表面的区域很小,由于激光功率密度很高,所以不仅仅在激光辐射的区域,工件表面温度达到了燃点,而且由于热传导,一个更宽的区域达到了燃点温度。而氧流作用于工件表面的直径要比激光束直径要大。这表明不仅在激光辐射区域,应发生强烈的燃烧反应,并在激光束照射的光斑周围同时燃烧。切割厚板时,切割速度相当慢,工件表面的铁氧燃烧速度比切割头快。燃烧一段时间后,由于氧浓度下降,燃烧过程熄灭。只有当切割头移动到这个位置时,燃烧反应才会重新开始。切割前沿的燃烧过程是周期性的,这将导致切割前沿的温度波动,切口质量变差。
2.板厚方向的氧纯度和压力难以保持恒定。切割金属激光切割机厚板时,氧纯度的降低也是影响切口质量的重要因素。氧流的纯度对切割过程有很强的影响。当氧流纯度下降0时. 9%,铁氧燃烧率将下降10%;当纯度下降5%时,燃烧率将下降37%。燃烧率的下降将大大降低燃烧过程中输入缝的能量,降低切割速度,增加切割面液体层中铁的含量,从而增加熔渣的粘度,导致熔渣排放困难,使切口下部出现严重的挂渣,使切口质量难以接受。为了保持切割稳定,需要在板厚方向切割氧流的纯度和压力基本保持恒定。在传统的激光切割过程中,通常使用普通的锥形喷嘴,可以满足薄板切割的使用要求。但在切割厚板时,随着供气压力的增加,喷嘴流场容易形成激波,激波对切割过程有许多危害,降低氧流的纯度,影响切口质量。
一般有三种方法可以解决这个问题:(1)在切割氧流周围添加预热火焰(2)在切割氧流周围添加辅助氧流(3)合理设计喷嘴内壁,改善气流场特性。