噴嘴設計及氣流控制

噴嘴設計及氣流控制技術： 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。聚集之后如果光斑非常小，則切割精度非常高，要是切割之后的縫隙也非常小。因此，除光束的質量及其控制直接影響切割質量外,噴嘴的設計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的噴嘴采用簡單的結構,即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實驗和誤差方法進行設計。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經常更換,因此不進行流體力學計算與分析。2mm很容易較低較高等離子切割較小較大高1mm很容易較高較低水切割較大小高容易較高較高模沖切割較小較大低難高較低鋸切較大較小低難很慢較低線切割較小很小高容易很慢較高氣燃體切割很大嚴重低較容易低較低電火花切割很小很小高容易很慢很高。在使用時從噴嘴側面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經一定距離到達工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。

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

對于不同的氣體有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力超過此值時,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由度（n）兩因素有關：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值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?yōu)檎げ?切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。詳細的標準規(guī)格對比:截止2016-12-05編號標準/S30400CMnPSSiCrNiNCu1ASTMA276/A276M-150。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

為進一步提高激光切割速度,可根據空氣動力學原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產生正激波,設計制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用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試驗,見圖4。試驗結果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關系。際不銹鋼標示方法美國鋼鐵學會是用三位數字來標示各種標準級的可鍛不銹鋼的。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時切割速度只能達到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。

高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩(wěn)定,是工業(yè)生產中切割手扳常用的工藝參數。第二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護透鏡,提高其使用壽命。生產領域包括不銹鋼絲網、不銹鋼裝飾網、不銹鋼軋花網、銅網、不銹鋼汽液過濾網、不銹鋼輸送帶等產品，用于石油、化工、汽車、礦山、裝飾造紙等各行各業(yè)。曲線上的其他高切割壓力區(qū)由于距噴嘴出口太遠,與聚焦光束難以匹配而無法采用。

鋁

盡管有高反射率和熱傳導性，厚度6mm以下的鋁材可以切割，這取決于合金類型和激光器能力。當用氧切割時，切割表面粗糙而堅硬。用氮氣時，切割表面平滑。304是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設備和機件。純鋁因為其高純非常難切割，只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材。否則反射會毀壞光學組件。

鈦

鈦板材用氣和氮氣作為加工氣體來切割。其它參數可以參考鎳鉻鋼。

銅和黃銅

兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割；厚度2mm以下的銅可以切割，加工氣體必須用氧氣。只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅。否則反射會毀壞光學組件。

合成材料

切割合成材料時要牢記切割的危險和可能排放的危險物質?？杉庸さ暮铣刹牧嫌校簾崴苄运芰?、熱硬化材料和人造橡膠。

有機物

在所有有機物切割中都存在著著火的危險（用氮氣作為加工氣體，也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。木材、皮革、紙板和紙可以用激光切割，切割邊緣會燒焦（褐色）。

激光沖切機

多年來，國外發(fā)展了綜合激光切割和機械沖孔技術的激光沖切機，這種機械對復雜形狀的工件用機械方法模沖出內孔，然后用激光切割方法切出外緣和需要長距離切割的線條。

工件在切割前，對其進行激光切割的可行性以及切割過程中可能出現的問題要預先予 以考慮。比如，此類材料可否進行激光切割？其切割的難點在哪里？是否需要對樣品進行試割？如何達到切割的質量和精度的要求？工件切割的基準起始點放在哪里？等等。

影響激光切割質量的因素很多，激光切割的一個重要優(yōu)點在于可以對過程中的主要因素實施高度控制，使切割出的工件充分滿足客戶的要求，并且重復性很好。這些主要因素由切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力、激光輸出功率等工藝參數構成。

除了以上4個最重要的變量以外，可能對切割質量產生影響的因素還包括光束參數（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脈沖波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面狀態(tài)），以及割炬和噴嘴、外光路系統(tǒng)、工件固定等其他因素。

隨著金屬加工行業(yè)的發(fā)展，金屬激光切割機的優(yōu)勢也越來越明顯，所占地位比重越來越大。

激光切割機的用途

激光切割機—切割樣品(5張)

可以切割的材料有很多，激光切割機可以對亞克力、木板、布料、皮革、金屬等進行切割，根據功率幅面的大小可以用在不同的行業(yè)。但是不同的材料具有不同的特性，所以在使用激光切割時需要注意的事項也不同。布料的切割可以用在制衣、地毯、工業(yè)面料等方面，亞克力切割機可以用在亞克力工藝品制作等方面、木板的切割可以用作模型制作、金屬的切割可以代替原始的切割做各類金屬制品等?！〖す馇懈顧C的采購方法

激光加工設備運用在服裝行業(yè)的主要產品有高速激光裁剪機、全自動激光切割機、激光裁床、互移式雙頭激光裁剪機、全自動激光叨割機和激光打標機等。每——種設備的不同加：正幅面是 不同的。上述設備除激光打標機外，都可以進行布料裁剪裁片、服裝打樣、商標、貼布繡切割、皮革雕花鉆孔、牛仔噴花、繡花等工藝的作業(yè)。而就全自動激光切割機而言，它的平臺是可以運動的，與送料裝置配合起來就實現了自動加工的目的。銅板的厚度沒有一致的，但力求在同一張鋼板的厚度盡量一致，一般中等規(guī)格的鋸板，厚度公差為0。激光裁床主要運用于大幅面的加工；互移式雙頭激光裁剪機除秉承了激光裁剪的特點外，它的兩個激光頭可以——起運動作業(yè)也可以分開作業(yè)；全自動商標切割機能對諸如商標、繡花等圖案進行自動識別和建模、自動搜索，同時也能對與標準圖形特征相似的圖形進行采集和自動識別切割。