激光熔化切割中切面上部條紋形成機理的分析.pdf

1、激光切割因具有切速快、切縫窄、割面質(zhì)量好和非接觸式加工等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。條紋是影響切面質(zhì)量的主要結(jié)構(gòu),也直接決定了激光切割質(zhì)量。本文針對熔化切割中切面上部的條紋形成機理進行了研究,并給出了相應(yīng)的抑制措施。
　　切面上部條紋的主要特征:固液邊界清晰,表面上幾乎沒有二次凝固相,厚度方向上近似垂直;隨著切割速度的增加,條紋的波長和幅值均單調(diào)減小?；诖吮疚奶岢隽怂矔r去除機理,并從空間變量的量級角度對其所能夠解釋現(xiàn)象的程度與范圍進行了闡

2、述。
　　根據(jù)邊界溫度的不同,激光切割過程分為加熱階段和熔化階段。文中給出了兩個階段的數(shù)學模型,利用差分法進行了求解,得到了條紋形狀隨著切割參數(shù)和材料屬性的變化規(guī)律。基于穩(wěn)定熔化狀態(tài)的溫度分布特性,提出了改善切割條紋的激光功率主動調(diào)節(jié)方法。
　　文中通過引入邊界溫度、熔化邊界位置和熱含量三個特征變量,給出了加熱階段和熔化階段的統(tǒng)一溫度分布近似表達式。利用Biot變分原理和熱平衡積分法將原偏微分方程組轉(zhuǎn)化為近似常微分方程組,得

3、到了上述特征變量隨著時間的周期性變化曲線,以此更加直觀地證明系統(tǒng)的周期性,即切面條紋的周期性。
　　利用格林等式,針對加熱階段,文中給出了半無限空間內(nèi)的格林函數(shù)表示的顯式溫度表達式;針對熔化階段,文中給出了無限空間內(nèi)的格林函數(shù)表示的隱式溫度表達式,以此作為模型方程的精確解,并與前述結(jié)果進行了對比。
　　通過碳鋼和不銹鋼的切割實驗對理論分析結(jié)果進行了驗證。切面特征與文中描述基本一致,條紋特征隨著切割參數(shù)的變化規(guī)律與理論分析結(jié)果