低碳钢厚板CO2激光切割工艺研究

摘要

随着大型工程机械业的发展,高质量的激光厚板切割已经越来越显得重要。但是随着待切割板材厚度的增大,激光切割断面条纹粗大和下切口较多挂渣现象愈发明显,侧向燃烧也很严重。从目前现状分析,国内企业广泛应用的轴快流高功率激光切割设备的功率普遍在2000~4000W之间,且均配备的是常规会聚型喷嘴。因此,如何采用普通喷嘴在该激光功率段进行高效、优质的激光切割,激光切割工艺参数的优化显得非常重要和必要。
　　本文以20mm厚的Q235B钢板作为基材,进行了CO2激光切割厚板的工艺研究。首先本文采用固定其它切割过程参数,只改变一个对激光切割质量有影响的因素进行单因素影响实验,分别研究了喷嘴直径大小、焦点位置变化、气体压力大小、切割速度大小、喷嘴离工件表面距离大小、激光功率大小等单因素对切缝质量的影响规律。切割质量评判内容为切缝宽度、热影响区宽度、断面表面粗糙度、下切口挂渣以及断面条纹情况。同时也研究了厚板切割中切缝锥度与薄板切割的不同,以及距离上切口2~5mm内密集条纹区的条纹数量对切割质量的影响。
　　单因素试验表明,激光功率、切割速度、气体压力以及焦点位置是对切割质量影响的主要因素。再通过4因素3水平的正交试验来优化切割参数,并进行验证实验,得到了对应于最小切缝宽度、最小热影响区宽度、最小表面粗糙度的三组优化参数。最后,采用正交实验的最佳切割参数来进行厚板的曲线和折线激光切割,通过不同曲率的曲线切割和不同拐角的折线切割实验,表明正交实验的最佳参数可以进行高质量的曲线切割及折线切割。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 激光切割技术国内外发展现状

1.3 激光反应熔化切割机理

1.4 激光切割的质量评判标准及其影响因素

1.5 课题研究的意义、内容和创新点

2 实验条件及方案

2.1 实验材料及设备

2.2 实验方案

2.3 切割质量分析方法

2.4 技术路线

3 激光切割单因素影响实验

3.1 喷嘴直径对激光切割质量的影响

3.2 焦点位置对激光切割质量的影响

3.3 气体压力对激光切割质量的影响

3.4 切割速度对激光切割质量的影响

3.5 喷嘴离工件表面距离对激光切割质量的影响

3.6 激光功率对激光切割质量的影响

3.7 激光切割厚板中的其它问题

3.8 本章小结

4 激光厚板切割参数优化及激光曲线切割、折线切割

4.1 激光厚板切割正交实验

4.2 激光厚板的曲线切割与折线切割

4.3 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文目录