[發明專利]激光切割切縫內熱分布與熔融金屬流動的測試裝置

無效

• 申請號: 201210366035.8
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102865940A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 胡俊;陳樂;邱憲琛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01N11/00;B23K26/38
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及的是一種測試裝置，具體地說，是一種用于觀測激光切割過程中切縫內熱分布與熔融金屬流動的裝置，屬于機械工程中的激光加工領域。

背景技術

激光切割技術廣泛地應用于汽車、鈑金、航空航天等領域，是一種重要的板材加工技術。

激光切割過程中，激光切割頭垂直于板材，并發射出激光，與激光切割頭同軸的氣體噴嘴噴出輔助氣體，二者同時作用于板材。板材在激光作用下受熱熔化，熔化后的熔融金屬在輔助氣體的作用下被吹出切縫，隨著激光頭的移動，板材上最終加工出所需形狀。

切縫中的熱分布與熔融金屬流動對切縫的形成效率和最終質量有很大的影響。為了更好地提高切割質量和效率，需要探明切縫中的熱分布與熔融金屬流動情況。由于激光切割過程中會產生大量的發光發熱及化學反應等現象，切縫中的熱分布與熔融金屬流動變化劇烈且不容易直接檢測。至今還沒有直接用于觀測切縫內熱分布與熔融金屬流動的實驗裝置，本發明通過側邊激光切割實驗，記錄切割過程中切縫內的溫度變化和熔融層的流動圖像，可以有效地得出此過程中切縫內的熱分布與熔融金屬的流動狀況。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種激光切割過程中熱分布與熔融金屬流動的測試裝置，其在進行側邊激光切割實驗過程中，通過記錄切縫內的溫度變化和熔融層金屬的流動圖像，可以獲得切縫內熱分布與熔融金屬流動規律，結合相關工藝參數的實驗可以發現熱分布和熔融金屬流動的關鍵影響因素，為激光切割工藝的機理研究提供實驗依據，且所得數據直觀可信。

本發明的技術方案如下：

一種激光切割過程中熱分布與熔融金屬流動的測試裝置，包括：激光切割頭、金屬板材、若干熱電偶、溫度采集模塊、計算機、石英玻璃、氙氣燈、攝像機，所述激光切割頭位于金屬板材第一側的側邊上；所述石英玻璃的一側對應所述金屬板材的第一側設置，所述氙氣燈和攝像機對應所述石英玻璃的另一側分布；所述熱電偶設置于金屬板材內并靠近金屬板材的第一側；所述熱電偶通過溫度采集模塊與計算機連接。

較佳地，所述激光切割頭的激光焦點位于金屬板材第一側，激光切割頭工作時，在所述金屬板材的第一側上形成完全暴露的切縫。

較佳地，所述熱電偶距離切縫邊緣1mm。

較佳地，所述若干熱電偶形成熱電偶點陣，結合溫度采集模塊，對激光切割過程中的溫度場進行采集。

較佳地，所述熱電偶為鎳硅-鎳鉻熱電偶，其可測范圍為-40℃-1290℃。

較佳地，氙氣燈提供照明，攝像機拍攝切割前沿熔融層的流動。

較佳地，所述測試裝置還包括激光切割機，所述激光切割頭固定于激光切割機上，所述金屬板材位于所述激光切割機的工作臺上。

較佳地，所述攝像機為高速攝像機。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

原有技術均為在激光切割完成后對所形成的切縫及切縫前沿的重鑄層進行觀測以反推出切割過程中的熔融層形態，不夠直接具體。本發明在進行側邊激光切割實驗過程中，通過記錄切縫內的溫度變化和熔融層金屬的流動圖像，可以獲得切縫內熱分布與熔融金屬流動規律，結合相關工藝參數的實驗可以發現熱分布和熔融金屬流動的關鍵影響因素，為激光切割工藝的機理研究提供實驗依據。故本發明可以直接觀測激光切割過程中熱分布與熔融金屬流動，所得數據直觀可信。

附圖說明

圖1是本發明具體實施例一種激光切割過程中熱分布與熔融金屬流動的測試裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下方結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述：

如圖1，一種激光切割過程中熱分布與熔融金屬流動的測試裝置，包括：固定有激光切割頭1的激光切割機、金屬板材2、若干熱電偶3、溫度采集模塊4、計算機5、石英玻璃6、氙氣燈7、高速攝像機8。激光切割頭1位于金屬板材2第一側的側邊上；石英玻璃6的一側對應所述金屬板材2的第一側設置，氙氣燈7和高速攝像機8對應石英玻璃6的另一側分布；熱電偶3設置于金屬板材2內并靠近金屬板材的第一側；熱電偶3通過溫度采集模塊4與計算機5連接。金屬板材2位于所述激光切割機的工作臺上。

高速攝像機能夠以很高的頻率記錄一個動態的圖像，因為一個動態的圖像是需要數個靜止的連貫的圖片按一定時間速度播放出來的，高速攝像機一般可以每秒1000～10000幀的速度記錄。

激光切割頭1的激光焦點位于金屬板材2第一側，激光切割頭工作時，在金屬板材2的第一側上形成完全暴露的切縫。