激光切割噴嘴結(jié)構(gòu)與切割參數(shù)對輔助氣體流場的影響分析.pdf

1、激光切割是激光加工行業(yè)中一項重要的應用技術，相對于傳統(tǒng)的火焰切割和等離子切割，激光切割具有切割質(zhì)量好、切割速度快、自動化程度高、切割材料范圍廣等顯著優(yōu)點。激光切割的實現(xiàn)過程是高能激光束與輔助氣體相互作用的結(jié)果，一方面高能光束使加工材料熔化甚至氣化，另一方面輔助氣體把熔融金屬和部分熱量從切口中排出去。合理的噴嘴結(jié)構(gòu)和切割參數(shù)可使熱影響區(qū)限制在一個很小的范圍內(nèi)，并保證了加工質(zhì)量和加工效率。 本文在上海市科委兩項重點科技攻關項目的支持

2、下，討論了目前激光切割輔助氣體流場和噴嘴的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析了噴嘴形狀對射流流場的氣體動力學特性的影響規(guī)律，建立了激光切割撞擊射流三維平面對稱模型，研究了切割參數(shù)對切縫中氣體動力學特性的影響，具體研究內(nèi)容如下： 首先對收斂型和錐型噴嘴等兩種典型的會聚型噴嘴，根據(jù)可壓縮的二維軸對稱的N－S方程，利用有限體積法對收縮噴嘴的自由射流進行數(shù)值模擬。通過對不同形狀參數(shù)的噴嘴射流數(shù)值模擬，根據(jù)射流速度和壓力分布計算結(jié)果的比較，揭示了噴

3、嘴形狀參數(shù)對射流流場的氣體動特性參數(shù)的影響規(guī)律，為優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)設計提供了理論依據(jù)。 對激光切割切割參數(shù)和切縫結(jié)構(gòu)做了簡單描述，分析了輔助氣體在切縫中的動力學作用，建立了包含切縫的激光切割撞擊射流三維平面對稱模型，并對所采用的主控方程和湍流模型進行了描述。 分析了輔助氣體的平面對稱撞擊射流過程，研究了氣體與工件之間的相互作用機理，揭示了氣體輔助加工能力隨工件與噴嘴距離、工件厚度和縫寬之間的關系。由速度和質(zhì)量流率評價標準可發(fā)

4、現(xiàn)，收斂型噴嘴切縫中氣體的動力學性能都明顯優(yōu)于錐型噴嘴，且隨著噴嘴工件距的變化，至少存在兩個合理的切割區(qū)域范圍。隨著板厚的增加，膨脹波的位置相對于工件下表面的距離會變大，使得靠近工件下表面位置的輔助氣體的動力學性能惡化，切割質(zhì)量和效率變差。在相同入口滯壓條件下，隨著縫寬的增加，收斂型噴嘴軸線上的壓力和速度變化梯度越來越小。 在理論研究的基礎上，開發(fā)了兩種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的錐型噴嘴和收斂型噴嘴，與德國PRECITEC NOZZLE 1.2