關(guān)于CO2激光切割機(jī)工業(yè)應(yīng)用及技術(shù)介紹（三）：
　　3.噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)：
　　激光切割鋼材時(shí),氧氣和聚焦的激光束是通過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)樸的結(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)。因?yàn)閲娮煲话阌?br /> 　　紫銅制造,體積較小,是易損零件,需常常更換,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)一定間隔到達(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。研究工作表明跟著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)噴嘴壓力超過此值時(shí),氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向超音速過渡。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�激�?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。
　　為進(jìn)一步進(jìn)步激光切割速度,可根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理,在進(jìn)步噴嘴壓力的條件下不產(chǎn)生正激波,設(shè)計(jì)制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為利便制造可采用如圖4的結(jié)構(gòu)。德國(guó)漢諾威大學(xué)激光中央使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗(yàn),見圖4。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗拙度Rz與切割速度Vc的函數(shù)關(guān)系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時(shí)切割速度只能達(dá)到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時(shí)切割速度可達(dá)到3.5m/min和5.5m/min。
　　應(yīng)指出的是切割壓力Pc仍是工件與噴嘴間隔的函數(shù)。因?yàn)樾奔げㄔ跉饬鞯倪吔缍啻畏瓷?使切割壓力呈周期性的變化。
　　第一高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的間隔約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而不亂,是目前產(chǎn)業(yè)出產(chǎn)中切割手扳常用的工藝參數(shù)。第二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護(hù)透鏡,進(jìn)步其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區(qū)因?yàn)榫鄧娮斐隹谔�遠(yuǎn),與聚焦光束難以匹配而無法采用。
　　綜上所述,CO2激光器切割技術(shù)正在我國(guó)產(chǎn)業(yè)出產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用,國(guó)外正研究開發(fā)更高切割速度和更厚鋼板的切割技術(shù)與裝置。為了知足產(chǎn)業(yè)出產(chǎn)對(duì)質(zhì)量和出產(chǎn)效率越來越高的要求,必需正視解決各種樞紐技術(shù)及執(zhí)行質(zhì)量尺度,以使這一新技術(shù)在我國(guó)獲得更廣泛的應(yīng)用。

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