激光切割關鍵技術二

    激光切割關鍵技術二

    噴嘴設計及控製技術

    jiguangqiegegangcaishi
，yangqihejujiaodejiguangshushijingguopenzuishedaobeiqieziliaochu，congergouchengyigeqiliushu。duiqiliudegenbenqingqiushijinruqiekoudeqiliuliangyaoda，suduyaogao
，yibianzugoudeyanghuashiqiekouziliaochongpeitingzhifangrefanxiang；同時又有足夠的動量將熔融資料放射吹出。因而除光束的質量及其控製直接影響切割質量外

，噴嘴的設計及氣流的控製（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也(ye)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)要(yao)素(su)。往(wang)常(chang)激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)用(yong)的(de)噴(pen)嘴(zui)采(cai)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)構(gou)造(zao)
，即(ji)一(yi)錐(zhui)形(xing)孔(kong)帶(dai)端(duan)部(bu)小(xiao)圓(yuan)孔(kong)。通(tong)常(chang)用(yong)實(shi)驗(yan)和(he)誤(wu)差(cha)辦(ban)法(fa)停(ting)止(zhi)設(she)計(ji)。由(you)於(yu)噴(pen)嘴(zui)普(pu)通(tong)用(yong)紫(zi)銅(tong)製(zhi)造(zao)
，體(ti)積(ji)較(jiao)小(xiao)
，是(shi)易(yi)損(sun)零(ling)件(jian)
，需(xu)經(jing)常(chang)改(gai)換(huan)，因(yin)而(er)不(bu)停(ting)止(zhi)流(liu)膂(lv)力(li)學(xue)計(ji)算(suan)與(yu)剖(pou)析(xi)。在(zai)運(yun)用(yong)時(shi)從(cong)噴(pen)嘴(zui)側(ce)麵(mian)通(tong)入(ru)一(yi)定(ding)壓(ya)力(li)Pn（表壓為Pg）的氣體，稱噴嘴壓力，從噴嘴出口噴出，經一定間隔抵達工件外表
，其壓力稱切割壓力Pc,最後氣體收縮到大氣壓力Pa。研討工作標明隨著Pn的增加，氣流流速增加，Pc也不時增加。

    可用下列公式計算：V=8.2d2(Pg+1）

    V-氣體流速L/min

    d-噴嘴直徑mm

    Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

    關於不同的氣體有不同的壓力閾值，當噴嘴壓力超越此值時，氣流為正常斜激波，氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自在度（n）兩要素有關：如氧氣
、空氣的n=5，因而其閾值Pn=1bar×（1.2）3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=（1+1/n)1+n/2時（Pn；4bar），氣流正常斜激波封變為正激波
，切割壓力Pc降jiang落luo，氣qi流liu速su度du減jian低di，並bing在zai工gong件jian外wai表biao構gou成cheng渦wo流liu
，削xue弱ruo了le氣qi流liu去qu除chu熔rong融rong資zi料liao的de作zuo用yong，影ying響xiang了le切qie割ge速su度du。因yin而er采cai用yong錐zhui孔kong帶dai端duan部bu小xiao圓yuan孔kong的de噴pen嘴zui
，其qi氧yang氣qi的de噴pen嘴zui壓ya力li常chang在zai3bar以下。

    為進一步進步激光切割速度，可依據空氣動力學原理
，在進步噴嘴壓力的前提下不產生正激波
，設計製造一種縮放型噴嘴，即拉伐爾（Laval）噴嘴。為便當製造可采用如圖4的構造。德國漢諾威大學激光中心運用500WCO2激光器，透鏡焦距2.5〃，采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了實驗，見圖4。實驗結果如圖5所示：分別表示NO2、NO4

、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下，切口外表粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關係。從圖中能夠看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時切割速度隻能到達2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可到達3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴間隔的函數。由於斜激波在氣流的邊境屢次反射，使切割壓力呈周期性的變化。