激光穿孔中辅助气体动力学性能分析

通过基于结果的自适应算法对激光穿孔过程中的撞击射流场结构进行了计算.辅助气体与工件之间相互作用的本质过程可以描述为轴对称撞击射流过程,高压气体的轴对称撞击射流可以展示在高压状态下气体与工件之间的相互作用.气体射流与工件相互作用时,入射斜波与正激波发生直接接触和非接触的两种不同状态,分析了高压气体辅助激光切割第二个合理的加工区域的存在原因,加工参数对切口中气体动力学性能的影响,以及分析高压气体辅助加工能力随工件与喷嘴距离之间的关系.通常在入射斜波与正激波直接相互作用没有完成时,质量流率随工件与喷嘴距离变大而剧烈衰减,因此高压气体辅助激光切割时要尽可能保证工件与喷嘴的距离限定在合理的范围内.     

光纤激光切割中厚铝合金板工艺特性研究

为了探究中厚板铝合金光纤激光切割工艺特性,开展了光纤激光切割8mm厚AA2219铝合金工艺实验,系统研究了激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压等工艺参数对切缝质量的影响。以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量。实验结果表明,激光功率和辅助气压是影响切缝质量的最主要的工艺参数,当激光功率增大至5.4kW、辅助气压取值范围增大至1100～1500kPa时,切缝挂渣量最少。最后,为了进一步提高中厚度铝合金激光切割质量,根据空气动力学原理,利用流体力学模拟设计并制作了简易Laval喷嘴,采用该喷嘴进行实验发现,切缝表面倾斜条纹区域范围从0.5降至0.14,而挂渣高度变化较小。     

22SiMn2TiB装甲钢激光切割试验研究

针对切割后的板料表侧面质量差,拼焊时因两板间隙产生挂渣、过烧和熔滴等问题,对5mm厚的22SiMn2TiB装甲钢进行了激光切割实验研究,讨论了激光功率、切割速度、离焦量、喷嘴孔径和辅助气体压力等5个工艺参数对切割后板料表侧面质量影响的规律。实验结果表明:激光切割22SiMn2TiB装甲钢时,调整上述5个工艺参数在合理范围内时,未产生挂渣、过烧和熔滴等缺陷。最后通过工艺优化得到了激光切割22SiMn2TiB装甲钢最佳工艺参数为切割速度2 000mm/min、激光功率2 200 W、离焦量1mm、喷嘴孔径1.5mm、辅助气体压力0.15 MPa。     

喷嘴工件距对激光切缝中气体流场的影响

以锥型和收敛型两种典型的会聚型喷嘴为对象,建立了包含工件的激光切割平面对称三维撞击射流模型,采用N-S方程积分形式和RNGk-ε湍流模型,对辅助气体流场结构进行计算,研究喷嘴工件距对钢板切缝的气体流场影响。发现收敛型喷嘴的切缝气体动力学性能优于锥型喷嘴,且至少存在两个合理的切割区域。最后,进行了激光切割实验和分析。     

水下激光切割硅片的工艺研究

为了解决气体辅助激光切割硅片中由于热效应的影响而造成无法达到切割目的的问题,使用水作为辅助介质进行了对硅的切割实验.分析了水下激光切割过程中激光参数和水的因素对切割质量的影响,提出了消除水波影响的方案.研究结果表明,采用水作为切割的辅助介质,能够利用水的降温、隔离和除屑作用来解决激光热效应带来的负面影响,得到良好的切割效果.     

响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数

为了研究光纤激光加工工艺对Q235低碳钢薄板切割质量的影响，采用500 W光纤激光切割机对0.7 mm厚低碳钢板切割质量影响规律进行了研究。采用中心复合设计(Central Composite Design, CCD)进行实验设计，使用超景深显微镜对切割试样的切缝宽度和挂渣高度进行测量。实验结果表明：切缝宽度的大小主要由激光功率、切割速度、辅助气压力和离焦量决定；挂渣高度的大小主要决定于激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压力。建立评价切缝宽度和挂渣高度与工艺参数之间的回归模型，并对模型进行目标优化。结果表明，工艺参数组合为激光功率450 W,切割速度9 m/min,离焦量0 mm,辅助气压力0.564 MPa时可获得最优的切割质量。     

基于相界面随动热源模型的激光穿孔过程动态模拟

激光穿孔是现代工业生产中重要的加工手段。明晰激光穿孔过程中激光热源、辅助气体与被加工物间的作用机理及被加工物的多相流变化过程,对指导实际生产工作至关重要。本文提出一种相界面随动热源模型,旨在动态模拟3 mm钢板的激光穿孔过程,揭示其穿孔加工机理。首先,融合相变界面随动热源模型与辅助气体模型建立激光穿孔模型,规划计算流程,对激光穿孔过程进行多场耦合多相流动态模拟;其次,分别对穿孔相变的温度场及流场结果进行分析,明晰穿孔过程中金属的相变过程、熔池的温度变化过程,金属液相随辅助气体的流动过程。分析结果表明,采用相变界面随动热源模型的仿真结果可有效模拟激光穿孔加工的动态过程,揭示其作用机理。     

激光加工用水冷却有效吗

用透镜将激光束聚焦到工件表面，同时向焦点部位喷吹辅助气体,便可把工件切断，这就是激光切割。在切割金属的场合，通常用O2作为辅助气体，氧化反应放出的热量可以促进激光热加工的进行。现在，软钢板的切割厚度虽已达到9 mm的程度，但激光加工基本上仍属于精细热加工。随着工业需求的多样化和应用技术的进步，总结长期以来激光加工的经验,提出了用水冷却的方法。     

摩擦副表面激光微造型工艺试验研究

采用半导体泵浦YAG可倍频激光器,在灰铸铁摩擦副表面进行微观几何形貌的加工试验研究。本文分析了脉冲激光与金属材料相互作用的机理,系统研究了激光束功率密度、重复频率、扫描速度、脉冲宽度、辅助气体和表面涂层等因素对金属表面微加工质量影响,得到了优化的激光工艺参数组合,获取了较好的表面微造型加工质量。     

基于BP神经网络的光纤激光切割切口粗糙度预测

为了研究工艺参量对光纤激光切割切口质量的影响,进行了切割T4003不锈钢试验,分析了工艺参量与切口质量之间的关系。采用基于误差反向传播算法的人工神经网络,建立了激光功率、切割速率、辅助气体压力等工艺参量与切口粗糙度之间的预测模型。对切割试验采集的训练样本进行了网络训练,并利用测试样本对训练模型进行验证。结果表明,随着激光功率增加,切口粗糙度增大;随着切割速率和辅助气体压力增加,切口粗糙度减小。神经网络预测模型精度较高,网络训练效果良好,预测值与试验样本值间的最大相对误差为2.4%。训练后检验精度较高,检验样本最大相对误差仅为6.23%。该模型可有效预测激光切割切口表面粗糙度,同时为合理选择及优化工艺参量,提高激光切割质量提供试验依据。     

低碳钢CO_2激光焊接光致等离子体屏蔽的实验研究

采用20kWCO2激光加工机焊接st37－2钢,研究了辅助气体种类、气体流量以及聚焦激光束的离焦状态对等离子体屏蔽的影响。结果表明,不同辅助气体时等离子体屏蔽临界功率密度存在很大差异,由小到大的顺序为：Ar→N2→CO2→He。He良好的控制等离子体的能力不仅在于He高的电离能不易形成LSC波,更主要地在于He良好的导热性能抑制了LSC波的扩展。增大辅助气体流量或采用负离焦均可以在一定程度上减小等离子体屏蔽对焊接过程的影响。     

使用激光切割厚钢板

介绍了不锈钢和碳钢的激光加工过程以及在不同辅助气体下的切割性能，讨论了大功率激光切割的生产率和成本，详细论述了大功率激光加工由材料、切割喷嘴、气体净化装置、低吸收光学元件到光路的特点，提出了解决切割一致性和质量问题的方案。     

铝锂合金光纤激光切割的工艺优化与设计

铝锂合金是航空航天工业中最理想的轻质高强结构材料,为提高铝锂合金切割质量,采用1 k W光纤激光器对2 mm铝锂合金进行切割试验。初步探讨了离焦量、辅助气体压力、激光功率和切割速度对切割质量的影响,深入研究了连续激光模式与脉冲激光模式下的切割质量差异,结果表明脉冲模式下切缝挂渣少、粗糙度小。在此基础上,通过正交试验直观分析、方差分析、信噪比分析对工艺参数进行优化设计,最终获得良好的切割质量:挂渣厚度为0.087 mm,表面粗糙度为4.81μm。     

激光切割中入射角对切割质量的影响

研究了激光入射角对薄板切割质量的影响 ,结果表明 ,在一定条件下 ,激光束不垂直工件表面时 ,仍可以获得切缝细、挂渣少的切割效果。同时切割头的运动方向在激光束不垂直于被加工表面时 ,对切割质量也有显著影响。给出了在三维激光切割时 ,由于干涉等原因无法保证激光束垂直入射时 ,为得到好的切割质量应采取的措施     

车身覆盖件3维激光切割的特殊工艺处理

为了研究车身覆盖件3维激光切割的工艺技术特性,采用3维5轴联动激光切割装备以及自动编程软件PEPS Pentacut分析了车身覆盖件3维激光切割的特殊工艺,提出了切割过程中特殊工艺的处理方法并通过切割试验进行了验证.结果表明,在实际的3维激光切割过程中,针对碰撞问题,通过添加工艺点,调整切割头方向,使其偏离法线方向一个角度便可消除;针对过烧缺陷,通过修改工艺点法线的方向和密集程度、采用脉冲激光或采用空气作为辅助气体等措施可以有效避免;针对变形难题,通过均布夹钳或修改程序等方法可有效解决.兼顾切割质量和效率,应在穿孔、上下坡及转角的轨迹段采用脉冲激光,在平缓轨迹段采用连续激光.采用3维激光切割技术取代传统工艺的修边模和冲孔模进行车身覆盖件的加工,可以大幅度地降低成本,缩短新车型的研发周期,具有良好的经济价值和应用前景.     

基于自适应小波网络的激光切割表面质量预报的研究

基于自适应小波网络理论,建立了一个应用于激光切割质量预报与激光能量、激光切割速度、辅助气体压力及材料厚度之间关系的自适应小波网络分类器。仿真结果表明,该方法具有良好的识别性能,且收敛速度快,是一种有效的预报方法。     

低压水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷的研究

针对激光切割Al2O3 陶瓷存在热裂纹、大量熔渣等问题,提出了低压水射流激光复合切割陶瓷技术,并将这种工艺与普通激光切割进行了对比,结果表明低压水射流激光复合切割陶瓷可以大大减少陶瓷切缝的熔渣、避免热裂纹。主要研究了辅助气体压力、激光脉冲能量和激光重复频率对水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷质量的影响规律,发现水射流存在时,辅助气体压力主要起到吹除切割头处水珠的作用,激光脉冲能量或激光重复频率增大、烧蚀材料增多,当烧蚀材料不能及时被射流冲除就形成了熔渣的累积,影响陶瓷切割质量。     

聚晶金刚石复合片激光切割工艺研究

聚晶金刚石(PCD)复合片因其硬度高、耐磨性好等性能在刀具行业应用广泛,为了探究PCD复合片的激光切割工艺特性,获取最优的切割质量和加工效率,减少磨削余量,采用Nd∶YAG激光器对1.6 mm厚PCD复合片进行切割工艺试验。利用数字显微镜和光学轮廓仪对材料切割表面及断面进行观测分析,系统研究了激光功率、切割速度、脉冲频率及离焦量等工艺参数对切割质量的影响。通过正交试验的直观分析与方差分析对工艺参数进行分析与优化设计,同时探究不同参数下激光能量对材料的作用机理。结果表明:材料表面能量密度的大小决定着激光切割质量,选用激光功率80 W,切割速度80 mm/min,脉冲频率60 Hz,零离焦量的切割参数,获得了切缝宽度为173.10 μm,切缝单边锥度为5.90°,表面粗糙度Ra=0.65 μm 的优良PCD复合片激光切割质量。     

线偏振CO2激光对非金属材料切缝的影响

为了研究线偏振CO2激光对高吸收率非金属材料的影响,采用线偏振CO2激光沿着不同的方向切割模切板,研究不同激光功率、切割速度、切割方向、辅助气体对切缝宽度的影响,同时对比线偏振激光切割低碳钢.试验结果表明,改变激光功率和切割速度对模切板进行切割,上、下切缝沿不同方向之间的宽度相差不大,即偏振性对高吸收率非金属材料模切板的切缝影响不大,但是对金属材料影响很大.辅助气体N2和空气对上下切缝的影响不大,从经济角度应优先选择空气;为了得到上下均匀一致的切缝,同一激光功率下,切割速度应小些,而同一切割速度下,激光功率应大些.     

中低功率CO2激光切割非金属板材

介绍了CO2激光汽化切割非金属板材的机理,建立了理论模型,并根据材料的性质和切割速度预测切割深度。实验数据表明,该模型适合激光切割6mm以下的薄板。根据该模型可预测小功率激光切割非金属材料的能力,为提高切割速度,提出预热辅助气体的切割方法。