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激光切割切缝内熔体流动动力学的定量研究——基于原位高速视频诊断技术

DOI：10.1016/j.procir.2018.08.057 期刊：Procedia CIRP 出版年份：2018 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 本文通过原位高速视频诊断技术（>10万帧/秒），分析了采用5千瓦碟片激光器及最高20巴氮气辅助气体切割6毫米厚不锈钢时，激光切割过程中的熔体流动动力学特性。研究运用先进算法对激光切割前沿的熔体流动动力学进行空间分辨测定，结果表明流体动力学、切割速度、辅助气体压力与切边平均粗糙度之间存在关联。
作者： D. Arntz，D. Petring，S. Stoyanov，N. Quiring，R. Poprawe
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过沿切割方向对准演化切缝的高速摄像机记录切割前沿，研究切割速度和辅助气体压力变化时熔体流动动力学及熔体波的速度分布。

研究成果

通过原位高速视频诊断记录切割前沿顶点熔体波速度分布的算法应用，能够建立熔体流动动力学与切面质量之间的关联。结果表明：熔体波数量随切割速度提高而增加，在中等切割速度下降低辅助气体压力时则会减少。大量累积的熔体波计数并不必然导致低表面粗糙度。总体而言，稳定且快速的熔体波具有积极作用，但未必足以确保良好的切面质量。

研究不足

对所检验的切削参数评估表明，在同时采用高辅助气体压力（p=20巴）的情况下，使用高切削速度（vc=2.8米/分钟和3.8米/分钟）是合适的。然而，该研究仅限于6毫米厚的不锈钢样品，可能无法直接适用于其他材料或厚度。

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