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        鋁合金薄板高質量激光切割你了解嗎?
        - 2020-03-10-

        鋁合金薄板高質量激光切割一直是個難題,主要由于切口存在掛渣、重鑄層及條紋。這些質量影響因素的產生取決于激光切割中材料去除的兩種基本形態,即氣化和熔化。氣化材料直接去除,熔化層材料形成殘留熔融層。殘留熔融層一部分被輔助吹氣吹除,另一部分冷凝后形成掛渣、重鑄層、條紋等質量缺陷。提高氣化與熔化質量之比即氣熔比,殘留熔融層變薄。鑒于南京激光切割復雜物理變化,外學者通過數學建模開展了多種研究。

        YILBAS 等模擬了激光切割金屬材料時熔化層和去除顆粒的形成,并預測出熔化層厚度和去除顆粒大小,指出激光功率密度對熔化層厚度有很大影響。MAS等認為激光切割金屬材料的去除形式包括氣化去除、軸向和側向熔化去除三種形式,并建立 2D 激光切割模型,研究了切割深度、切割表面溫度等隨切割參數的變化。QUINTERO等分析了激光熔化切割中材料去除機理,運用能量、質量和動量三大定律建立切割數學模型,模擬了不同脈寬和頻率下熔化層厚度及質量去除隨時間的變化。

        目前有關數學建模的研究取得成果,但很少有關基于氣熔比研究激光切割的報道。本文基于氣熔比分析,建立了薄板激光切割的氣熔比模型,通過切割半徑的回歸修正,模擬得到0.5 mm厚6063鋁合金薄板激光切割在不同功率和掃描速度下的氣熔比值和殘留熔融層厚度,并進行試驗驗證。

        (1) 薄板件激光切割的氣熔比值主要受激光輸入功率和掃描速度影響。在功率 65~105 W,掃描速度 1.8~2.4 mm/s 范圍內,隨功率的增大和掃描速度的減小,氣熔比增大,殘留熔融層厚度減小。

        (2) 試驗結果與模擬結果基本吻合,驗證了本文薄板激光切割氣熔比模型具有可行性。

        (3) 氣熔比模型對薄板激光切割的機理認識具有理論價值,為基于氣熔比控制的薄板縫陣類件的激光精密切割技術提供了重要依據。


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