激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置

摘要

本发明公开了一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置，包括：带有喷嘴的气体喷射模块、相对设置的两片有机玻璃、带斜角的金属薄板、ccD相机、支撑板；所述两片有机玻璃相对面的内壁均涂有粘性流体；所述带斜角的金属薄板固定在两片有机玻璃的相对面之间；所述两片有机玻璃和气体喷射模块固定在支撑板上；所述喷嘴位于两片有机玻璃的顶部；所述ccD相机位于任一有机玻璃的外侧，且与有机玻璃平行设置。与现有技术相比，本发明通过切缝内超音速气体流场的观测，可以获得气体流场结构，结合相关工艺参数的实验可以发现气体流场的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据。

说明书

技术领域

本发明涉及的足一种测试装置，具体地说，足一种用于观测激光切割过程中切缝内气体流场结构的装置，属于机械工程中的激光加工领域。

背景技术

激光切割技术广泛地应用于汽车、钣金、航空航天等领域，足一种重要的板材加工技术。激光切割过程中，激光切割头垂直于板材，并发射出激光，与激光切割头同轴的气体喷嘴喷出辅助气体，二者同时作用于板材。板材在激光作用下受热熔化，熔化后的熔融金属在辅助气体的作用下被吹出切缝。随着激光头的移动，板材上最终加工出所需形状。

切缝中的气体流场结构对切缝的形成效率和最终质量有很大地影响。为了更好地提高切割质量和效率，需要探明切缝中的气体流场结构及其变化情况。由于激光切割过程中会产生大量的发光发热及化学反应等现象，切缝中的气体流场结构变化剧烈且不容易直接检测。至今还没有直接用于观测切缝内气体流场结构的实验装置，本发明模拟激光切割过程的气体流场作用边界，记录气体流程在切缝断面的工作轨迹，可以有效地获得切缝内的气体流场结构。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置，通过切缝内超音速气体流场的观测，可以获得气体流场结构，结合相关工艺参数的实验可以发现气体流场的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据。

本发明的技术方案如下：

一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置，包括：带有喷嘴的气体喷射模块、相对设置的两片有机玻璃、带斜角的金属薄板、ccD相机、支撑板；所述两片有机玻璃相对面的内壁均涂有粘性流体；

其中，所述带斜角的金属薄板固定在两片有机玻璃的相对面之间；所述两片有机玻璃和气体喷射模块固定在支撑板上；所述喷嘴位于两片有机玻璃的顶部；所述CCD相机位于任一有机玻璃的外侧，且与有机玻璃平行设置。

较佳地，所述气体喷射模块包括：气路、90°弯管接头；所述喷嘴与90°弯管接头连接；所述90°弯管接头与气路连接；所述气路固定在所述支撑板上。

较佳地，所述两片有机玻璃、带斜角的金属薄板以及支撑板共同形成了激光切割过程中的切缝。

较佳地，通过更换不同厚度和高度的金属薄板、不同高度的有机玻璃可以模拟出不同宽度和深度的激光切割切缝。

较佳地，所述喷嘴对应所述金属薄板的斜角设置。

较佳地，所述喷嘴的位置以及与有机玻璃顶部之间的距离均与实际激光切割的参数相同。

较佳地，所述气路通过法兰及法兰螺栓固定在支撑板上。

较佳地，所述带斜角的金属薄板通过两个螺栓固定在两片有机玻璃的之间，两片有机玻璃通过螺钉固定在支撑板上。

较佳地，所述粘性流体为煤油或甘油。

较佳地，所述带斜角的金属薄板的倾斜角度为12度。

实验时，将具有粘性的煤油或甘油均匀涂在有机玻璃的内壁，压缩后的辅助气体经过气路进入喷嘴后加速喷出进入切缝通道，气体形成的剪切力将有机玻璃内壁的部分粘性液体吹走，在内壁上形成流体迹线，该迹线描述了有机玻璃内壁处的气体流场结构。最后，将内壁上的流体迹线用CCD相机拍照并记录，用于与激光切割气体流场的数值仿真结果进行对比分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明利用实验装置来模拟辅助气体在实际激光切割过程中切缝中的流动情况，用残留的粘性流体迹线来描述气体流场结构，并用CCD相机拍照记录。该实验平台简单易用，适合于不同深度和宽度的切缝内流场观测，解决了激光切割切缝中气体流场结构无法直接测量的难题。

附图说明

图1是本发明具体实施例一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置的前视图；

图2是本发明具体实施例一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置的后视图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：

如图1和图2，一种激光切割过程中切缝气体流场结构的测试装置，包括：带有喷嘴1的气体喷射模块、相对平行设置的两片有机玻璃2、带斜角的金属薄板3、CCD相机4、支撑板5；所述两片有机玻璃2相对面的内壁均涂有粘性流体。

其中，所述带斜角的金属薄板3固定在两片有机玻璃2的相对面之间；所述两片有机玻璃2和气体喷射模块固定在支撑板5上；所述喷嘴1位于两片有机玻璃的顶部且对应所述金属薄板3的斜角设置。所述CCD相机4位于任一有机玻璃的外侧，且与有机玻璃平行设置。

本实施例中，所述粘性流体为煤油或甘油。

本实施例中，带斜角的金属薄板3的倾斜角度为12度，与实际的激光切割前沿角度相同。

其中两片有机玻璃2的间距为切缝宽度，有机玻璃高度为切缝深度，带斜角的金属薄板3通过两个螺栓9固定在两片有机玻璃2的之间，两片有机玻璃2通过螺钉10固定在支撑板5上。两片有机玻璃2、带斜角的金属薄板3以及支撑板5共同形成了激光切割过程中的切缝。通过更换不同厚度和高度的金属薄板、不同高度的有机玻璃可以模拟出不同宽度和深度的激光切割切缝。

其中，所述气体喷射模块包括：气路6、90°弯管接头8。激光切割用的喷嘴1通过90°弯管接头8连接在气路6上，气路6的另一端具有菱形法兰结构，通过法兰和法兰螺栓7安装在支撑板5上，喷嘴位置以及与有机玻璃顶部之间的距离均与实际激光切割的参数相同，CCD相机4用于对实验结果进行拍照记录。

下面参照图1和图2详细描述本实施例的工作过程和原理。

实验时，将具有粘性的煤油或甘油均匀涂在两片有机玻璃2向对面的内壁。两片有机玻璃2、带斜角的金属薄板3以及支撑板5共同形成了激光切割过程中的切缝。通过更换不同厚度和高度的金属薄板3、不同高度的有机玻璃2可以模拟出不同宽度和深度的激光切割切缝。

压缩后的辅助气体经过气路6进入喷嘴1后加速喷出进入切缝通道，气体形成的剪切力将有机玻璃2内壁的部分粘性液体吹走，在内壁上形成流体迹线，该迹线描述了有机玻璃2内壁处的气体流场结构。最后，将内壁上的流体迹线用CCD相机4拍照并记录，用于与激光切割气体流场的数值仿真结果进行对比分析。

CCD相机是以电荷耦合器件(CCD)作为光敏感器和光电转换器的遥感用相机。

与现有技术相比，本实施例利用实验装置来模拟辅助气体在实际激光切割过程中切缝中的流动情况，用残留的粘性流体迹线来描述气体流场结构，并用CCD相机拍照记录。该实验平台简单易用，适合于不同深度和宽度的切缝内流场观测，解决了激光切割切缝中气体流场结构无法直接测量的难题。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。