金屬激光切割機切割厚板存在的技術難點

激光切割機對於10mm厚以下鋼板的切割已不成問題。但如果要切割更厚的鋼板, 往往要求助於輸出功率超過5kW的高功率激光器, 而且切割質量也明顯下降。由於高功率激光器設備成本昂貴, 其輸出的激光模式也不利於激光切割, 所以傳統激光切割方法在切割厚板時,不具備優勢。金屬激光切割機切割厚板的存在以下技術難點:

1、準穩態燃燒過程維持比較困難。金屬激光切割機實際切割過程中,能切透的板厚是有限的,這與切割前沿鐵不能穩定燃燒密切相關。燃燒過程要能持續進行,切縫頂部的溫度必須達到燃點。單獨靠鐵氧燃燒反應釋放的能量,實際上不能確保燃燒過程持續進行。一方麵,是由於切縫被噴嘴噴出的氧流連續冷卻,降低了切割前沿的溫度:另一方麵,燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表麵,阻礙氧的擴散,當氧的濃度降低到一定程度時,燃燒過程將會熄滅。采用傳統會聚性光束進行激光切割時,激光束作用於表麵的區域很小,由於激光功率密度很高,所以不僅僅在激光輻射的區域,工件表麵溫度達到了燃點,而且由於熱傳導,一個更寬的區域達到了燃點溫度。而氧流作用於工件表麵的直徑要比激光束直徑要大。這表明不僅在激光輻射區域, 要發生強烈地燃燒反應,而且在激光束照射的光斑外圍也要同時發生燃燒。厚板切割時,切割速度相當慢,工件表麵鐵氧燃燒的速度要比切割頭行進的速度快。燃燒持續一段時間後,由於氧的濃度下降,而導致燃燒過程熄滅。隻有當切割頭行進到該位置時,燃燒反應又重新開始。切割前沿的燃燒過程是周期性地進行,這樣就會導致切割前沿的溫度波動,切口質量變差。

2、板厚方向氧純度和壓力難以維持恒定。金屬激光切割機厚板切割時,氧純度下降也是影響切口質量的重要因素。氧流的純度對切割過程有強烈影響。當氧流純度下降0. 9%,鐵氧燃燒率將下降10%;純度下降5%時,燃燒率將下降37%。燃燒率下降將大大減少了燃燒過程輸入到切縫中的能量,降低了切割速度,同時切割麵液態層中鐵的含量增加,從而增大到熔渣的粘性,導致熔渣排出困難,這樣在切口下部就會出現嚴重的掛渣,使切口質量變得難以接受。為了保持切割穩定進行,要求在板厚方向切割氧流的純度及壓力要基本保持恒定。傳統激光切割工藝中,常常使用普通錐形噴嘴,這種噴嘴在薄板切割中能滿足使用要求。但在切割厚板時,隨著供氣壓力增大,噴嘴的流場中容易形成激波,激波對切割過程有許多危害,降低氧流的純度,影響切口質量。

解決這個問題一般有三種辦法:(1)在切割氧流周圍添加預熱火焰(2)在切割氧流周圍添加輔助氧流(3)合理設計噴嘴內壁, 改善氣流流場特征。 

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