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激光加工中的动态现象——光纤激光高速切割板材时表面热点的产生及加热区域的变化

DOI:10.4028/www.scientific.net/ddf.370.52 期刊:Defect and Diffusion Forum 出版年份:2017 更新时间:2025-09-16 10:30:52
摘要: 从振荡器发射的固定直径激光束在受照射材料表面形成一个热斑(或称热源产生的热点)。长期以来,无论待加工材料的移动速度如何,该热斑在材料表面的形状都被视为恒定不变。实际上,材料表面上的光与材料会相互作用,因此该表面出现的热斑形状可能会随加工速度而变化。为验证这一点,我们采用红外传感器薄片和镀锌钢板进行了实验。实验证实材料表面的热斑形状确实取决于加工速度。我们测定了变形量随速度变化的递减率,并将该结论应用于光纤激光的高速切割加工。同时,我们还研究了热斑中预加热区域与去除区域的变化率——这两个区域在高速切割过程中属于关键作用域。
作者: Takeji Arai
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研究概述 实验方案 设备清单

研究激光切割过程中材料表面出现的热斑形状及其与加工速度的关系。

研究证实,材料表面的热斑形状随加工速度变化而改变,速度增加时呈椭圆形。热斑中的预热区域随切削速度加快而扩大,在超过200米/分钟的速度下占比近70%,而去除区域占比不超过30%。将热斑视为椭圆而非固定圆形能为激光加工提供更真实的模型。

使用荧光板测量热斑形状并非绝对精确,因为在高移动速度下边界不清晰且存在残余拖影。此外,该研究假设热斑形状的收缩比例大致恒定,这可能未考虑材料表面状态导致的差异。

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