CN102865940A - 激光切割切缝内热分布与熔融金属流动的测试装置 - Google Patents

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胡俊
陈乐�
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Abstract

本发明公开了一种激光切割过程中热分布与熔融金属流动的测试装置，包括：激光切割头、金属板材、若干热电偶、温度采集模块、计算机、石英玻璃、氙气灯、摄像机，所述激光切割头位于金属板材第一侧的侧边上；所述石英玻璃的一侧对应金属板材的第一侧设置，所述氙气灯和摄像机对应所述石英玻璃的另一侧分布；所述热电偶设置于金属板材内并靠近金属板材的第一侧；热电偶通过温度采集模块与计算机连接。本发明在进行侧边激光切割实验过程中，通过记录切缝内的温度变化和熔融层金属的流动图像，可以获得切缝内热分布与熔融金属流动规律，结合相关工艺参数的实验可以发现热分布和熔融金属流动的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据。

Description

激光切割切缝内热分布与熔融金属流动的测试装置
技术领域
本发明涉及的是一种测试装置，具体地说，是一种用于观测激光切割过程中切缝内热分布与熔融金属流动的装置，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，是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。
切缝中的热分布与熔融金属流动对切缝的形成效率和最终质量有很大的影响。为了更好地提高切割质量和效率，需要探明切缝中的热分布与熔融金属流动情况。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，切缝中的热分布与熔融金属流动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热分布与熔融金属流动的实验装置，本发明通过侧边激光切割实验，记录切割过程中切缝内的温度变化和熔融层的流动图像，可以有效地得出此过程中切缝内的热分布与熔融金属的流动状况。
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热分布与熔融金属流动的测试装置，其在进行侧边激光切割实验过程中，通过记录切缝内的温度变化和熔融层金属的流动图像，可以获得切缝内热分布与熔融金属流动规律，结合相关工艺参数的实验可以发现热分布和熔融金属流动的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据，且所得数据直观可信。
本发明的技术方案如下：
一种激光切割过程中热分布与熔融金属流动的测试装置，包括：激光切割头、金属板材、若干热电偶、温度采集模块、计算机、石英玻璃、氙气灯、摄像机，所述激光切割头位于金属板材第一侧的侧边上；所述石英玻璃的一侧对应所述金属板材的第一侧设置，所述氙气灯和摄像机对应所述石英玻璃的另一侧分布；所述热电偶设置于金属板材内并靠近金属板材的第一侧；所述热电偶通过温度采集模块与计算机连接。
较佳地，所述激光切割头的激光焦点位于金属板材第一侧，激光切割头工作时，在所述金属板材的第一侧上形成完全暴露的切缝。
较佳地，所述热电偶距离切缝边缘1mm。
较佳地，所述若干热电偶形成热电偶点阵，结合温度采集模块，对激光切割过程中的温度场进行采集。
较佳地，所述热电偶为镍硅-镍铬热电偶，其可测范围为-40℃-1290℃。
较佳地，氙气灯提供照明，摄像机拍摄切割前沿熔融层的流动。
较佳地，所述测试装置还包括激光切割机，所述激光切割头固定于激光切割机上，所述金属板材位于所述激光切割机的工作台上。
较佳地，所述摄像机为高速摄像机。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
原有技术均为在激光切割完成后对所形成的切缝及切缝前沿的重铸层进行观测以反推出切割过程中的熔融层形态，不够直接具体。本发明在进行侧边激光切割实验过程中，通过记录切缝内的温度变化和熔融层金属的流动图像，可以获得切缝内热分布与熔融金属流动规律，结合相关工艺参数的实验可以发现热分布和熔融金属流动的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据。故本发明可以直接观测激光切割过程中热分布与熔融金属流动，所得数据直观可信。
附图说明
图1是本发明具体实施例一种激光切割过程中热分布与熔融金属流动的测试装置的结构示意图。
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1，一种激光切割过程中热分布与熔融金属流动的测试装置，包括：固定有激光切割头1的激光切割机、金属板材2、若干热电偶3、温度采集模块4、计算机5、石英玻璃6、氙气灯7、高速摄像机8。激光切割头1位于金属板材2第一侧的侧边上；石英玻璃6的一侧对应所述金属板材2的第一侧设置，氙气灯7和高速摄像机8对应石英玻璃6的另一侧分布；热电偶3设置于金属板材2内并靠近金属板材的第一侧；热电偶3通过温度采集模块4与计算机5连接。金属板材2位于所述激光切割机的工作台上。
高速摄像机能够以很高的频率记录一个动态的图像，因为一个动态的图像是需要数个静止的连贯的图片按一定时间速度播放出来的，高速摄像机一般可以每秒1000～10000帧的速度记录。
激光切割头1的激光焦点位于金属板材2第一侧，激光切割头工作时，在金属板材2的第一侧上形成完全暴露的切缝。
本实施例中，在距离切缝1mm的金属板材2基体内，埋入镍硅-镍铬热电偶3(可测范围-40℃-1290℃)，形成热电偶点阵，结合温度采集模块4，计算机5可以实时采集热电偶测的温度分布，为激光切割过程中的温度场建模提供基础数据，可获得切割区域各瞬态的温度分布及其变化情况。
本实施例中，氙气灯7和高速摄像机8呈上下分布，氙气灯提供照明，摄像机拍摄切割前沿熔融层的流动。这里仅为举例，不对氙气灯7和高速摄像机8的位置作出限定。
下面参照图1详细描述本实施例的工作过程和原理。
实验时，由于激光焦点位于金属板材2侧边上，这样产生的切缝一侧将完全暴露，可以方便地进行观察。在可以观测到切缝的侧面安装石英玻璃6，用于阻挡切割时飞溅出的熔渣，同时保证透光性。在石英玻璃的另一侧布置氙气灯7进行照明，采用高速摄像机8拍摄切缝中熔融层的流动，包括流动方向、厚度变化等。拍摄后的图片经过图像处理后，可以获取随时间不断变化的熔融层边界信息。
在距离切缝1mm的金属板材基体内，埋入镍硅-镍铬热电偶3(可测范围-40℃-1290℃)，形成热电偶点阵，结合温度采集模块4，计算机5可以实时采集热电偶测的温度分布，为激光切割过程中的温度场建模提供基础数据，可获得切割区域各瞬态的温度分布及其变化情况。图1中，为了更清楚地表示热电偶的分布，在金属板材2的第一侧的侧边上截去了一块。其并不用来限定金属板材2的形状。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
原有技术均为在激光切割完成后对所形成的切缝及切缝前沿的重铸层进行观测以反推出切割过程中的熔融层形态，不够直接具体。本发明在进行侧边激光切割实验过程中，通过记录切缝内的温度变化和熔融层金属的流动图像，可以获得切缝内热分布与熔融金属流动规律，结合相关工艺参数的实验可以发现热分布和熔融金属流动的关键影响因素，为激光切割工艺的机理研究提供实验依据。故本发明可以直接观测激光切割过程中热分布与熔融金属流动，所得数据直观可信。
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。

Claims (8)

1.一种激光切割过程中热分布与熔融金属流动的测试装置，其特征在于，包括：激光切割头、金属板材、若干热电偶、温度采集模块、计算机、石英玻璃、氙气灯、摄像机，所述激光切割头位于金属板材第一侧的侧边上；所述石英玻璃的一侧对应所述金属板材的第一侧设置，所述氙气灯和摄像机对应所述石英玻璃的另一侧分布；所述热电偶设置于金属板材内并靠近金属板材的第一侧；所述热电偶通过温度采集模块与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述激光切割头的激光焦点位于金属板材第一侧，激光切割头工作时，在所述金属板材的第一侧上形成完全暴露的切缝。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述热电偶距离切缝边缘1mm。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述若干热电偶形成热电偶点阵，结合温度采集模块，对激光切割过程中的温度场进行采集。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述热电偶为镍硅-镍铬热电偶，其可测范围为-40℃-1290℃。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，氙气灯提供照明，摄像机拍摄切割前沿熔融层的流动。
7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括激光切割机，所述激光切割头固定于激光切割机上，所述金属板材位于所述激光切割机的工作台上。
8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述摄像机为高速摄像机。
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