雷射切割機可對各種金屬板材進行高效、精細加工,但隨著板材厚度增加,切割質量也隨之下降。切割金屬厚板存在以下技術難點:
穩態燃燒過程維持比較困難
燃燒過程要持續進行,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。一方面,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;另一方面,燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表面,阻礙氧的擴散,當氧的濃度降低到一定程度時,燃燒過程將會中斷。
厚板切割時,切割速度比較慢,工件表面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,氧的濃度下降,燃燒過程隨之。只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。
板厚方向氧純度和壓力難以維持恆定
雷射切割機在進行金屬厚板切割時,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非常大的影響。氧氣純度下降,燃燒率隨之下降,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;同時切割面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恆定。傳統雷射切割工藝中,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:
一、在切割氧流周圍添加預熱火焰;
二、在切割氧流周圍添加輔助氧流;
三、合理設計噴嘴內壁,改善氣流流場特徵。