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铝合金薄板高质量激光切割你了解吗?
- 2020-03-10-

铝合金薄板高质量激光切割一直是个难题,主要由于切口存在挂渣、重铸层及条纹。这些质量影响因素的产生取决于激光切割中材料去除的两种基本形态,即气化和熔化。气化材料直接去除,熔化层材料形成残留熔融层。残留熔融层一部分被辅助吹气吹除,另一部分冷凝后形成挂渣、重铸层、条纹等质量缺陷。提高气化与熔化质量之比即气熔比,残留熔融层变薄。鉴于南京激光切割复杂物理变化,外学者通过数学建模开展了多种研究。

YILBAS 等模拟了激光切割金属材料时熔化层和去除颗粒的形成,并预测出熔化层厚度和去除颗粒大小,指出激光功率密度对熔化层厚度有很大影响。MAS等认为激光切割金属材料的去除形式包括气化去除、轴向和侧向熔化去除三种形式,并建立 2D 激光切割模型,研究了切割深度、切割表面温度等随切割参数的变化。QUINTERO等分析了激光熔化切割中材料去除机理,运用能量、质量和动量三大定律建立切割数学模型,模拟了不同脉宽和频率下熔化层厚度及质量去除随时间的变化。

目前有关数学建模的研究取得成果,但很少有关基于气熔比研究激光切割的报道。本文基于气熔比分析,建立了薄板激光切割的气熔比模型,通过切割半径的回归修正,模拟得到0.5 mm厚6063铝合金薄板激光切割在不同功率和扫描速度下的气熔比值和残留熔融层厚度,并进行试验验证。

(1) 薄板件激光切割的气熔比值主要受激光输入功率和扫描速度影响。在功率 65~105 W,扫描速度 1.8~2.4 mm/s 范围内,随功率的增大和扫描速度的减小,气熔比增大,残留熔融层厚度减小。

(2) 试验结果与模拟结果基本吻合,验证了本文薄板激光切割气熔比模型具有可行性。

(3) 气熔比模型对薄板激光切割的机理认识具有理论价值,为基于气熔比控制的薄板缝阵类件的激光精密切割技术提供了重要依据。


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