彎管機(jī)激光切割鋼材時(shí),氧氣和聚焦的激光束是通過(guò)噴嘴射到被切材料處,從而形成一個(gè)氣流束。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng);同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計(jì)及氣流的控制(如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等)也是十分重要的因素。目前激光切割用的噴嘴采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔(如圖4)。通常用實(shí)驗(yàn)和誤差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算與分析。
在使用時(shí)從噴嘴側(cè)面通入一定壓力pn(表壓為pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面,其壓力稱切割壓力pc,最后氣體膨脹到大氣壓力pa。研究工作表明隨著pn的增加,氣流流速增加,pc也不斷增加。
可用下列公式計(jì)算: v=8.2d2(pg+1)
v-氣體流速 l/min
d-噴嘴直徑 mm
pg-噴嘴壓力(表壓)bar
對(duì)于不同的氣體有不同的壓力閾值,當(dāng)噴嘴壓力超過(guò)此值時(shí),氣流為正常斜激波,氣流速?gòu)膩喴羲傧虺羲龠^(guò)渡。此閾值與pn、pa比值及氣體分子的自由度(n)兩因素有關(guān):如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當(dāng)噴嘴壓力更高pn/pa=(1+1/n)1+n/2時(shí)(pn;4bar),氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?切割壓力pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。