研究目的
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。
研究成果
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。
研究不足
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。
1:实验设计与方法选择:
本实验旨在利用红外传感器和镀锌钢板观察材料表面热斑的形态。采用双向高速摄像机(Photron FASTCAM Mini AX)从45度角进行观测,并通过图像处理生成正视图。
2:样品选择与数据来源:
所用样品包括专为红外激光设计的特殊探针传感器,以及能对紫外灯光线产生反应的不同金属涂层材料。
3:实验设备与材料清单:
实验设备包含最大输出功率400W的光纤激光器、最大移动速度600米/分钟的振镜扫描系统,以及焦距100毫米、光斑直径20微米的fθ透镜。
4:实验流程与操作步骤:
实验通过以不同速度对材料表面进行激光照射,并利用高速摄像机和图像处理技术观察热斑形态的变化。
5:数据分析方法:
对采集数据进行分析,以确定变形速率随加工速度的变化关系,以及参与切割的热斑区域占比。
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Photron FASTCAM Mini AX
FASTCAM Mini AX
Photron
High-speed camera used for observing the shape of the heat-spot on the material surface from a 45 degree angle.
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fiber laser
Used for high-speed cutting processing with a maximum output of 400W.
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fθ lens
Used to focus the laser beam for cutting.
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