1 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 郑州机械研究所有限公司，河南 郑州 450052
3 广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
随着工业领域金属薄壁构件设计的多样化，在高速激光切割的同时，对切口形貌质量也提出了更高的要求。本研究采用连续光纤激光器对0.2 mm厚度304不锈钢薄板进行切割实验，研究了毛刺和熔渣飞溅区产生的机理，重点讨论了加工工艺参数中的激光功率、切割速度、离焦量对毛刺堆积量和熔渣飞溅区宽度的影响关系，通过实验分析获得了最佳加工参数组合。研究结果表明，毛刺厚度随着激光功率、离焦量的增大而增加，随着切割速度的增大先降低后增加。熔渣飞溅区宽度随着激光功率的增大而增加，随着切割速度的增大而降低，随着离焦量的增大出现小范围波动。根据加工结果分析，当激光功率为125 W，切割速度为10 m/min，辅助气体压强为1.2 MPa，离焦量为−0.3~−0.5 mm，可以获得0.2 mm厚304不锈钢薄板较好的加工效果。
激光切割 薄壁 304不锈钢 毛刺 熔渣飞溅区 laser cutting thin wall 304 stainless steel burr slag splash zone 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230569
武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 武汉 430081
熔渣的侵蚀是导致耐火材料损毁的主要原因之一，主要表现形式是耐火材料在渣中的熔解及熔渣向耐火材料中的渗透，这2个方面都与熔渣在高温下与耐火材料的润湿性有关，耐火材料的高温润湿性能可以通过熔渣在其表面的张力、黏附功和铺展系数等参数加以表征。改变耐火材料的组成及粗糙度等可以降低熔渣在耐火材料表面的润湿，进而提高耐火材料的服役寿命。本文从熔渣组成、耐火材料组成及表面微观效应等方面综述了耐火材料表面熔渣高温润湿性的影响因素，同时也展望了该领域未来研究发展方向。
熔渣 耐火材料 高温润湿 表面张力 黏附功 slag refractory high-temperature wetting surface tension work of adhesion
武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
作为镁质耐火材料的重要原料，电熔镁砂在低密度高强钢精炼用CaO-Al2O3-SiO2系熔渣中的溶解是影响炉衬使用寿命及钢质量的重要因素。本工作采用高温激光共聚焦显微观测系统研究了1 600 ℃下镁砂在该熔渣中的溶解行为，探究了镁砂颗粒的形状、质量及熔渣CaO和SiO2质量分数比(即C/S)对其溶解行为的影响。结果表明：镁砂主要形状对其溶解速率影响较小；溶解速率随质量增大呈近线性下降，随C/S的增加而先降低后增加；镁砂颗粒的溶解曲线受质量影响更大，其溶解模型n值分别对应1/2、2/3、3/5，这为深入理解镁质耐火材料的渣蚀行为和提质优化提供指导。
电熔镁砂 耐火材料 溶解速率 氧化钙-氧化铝-二氧化硅系熔渣 溶解模型 fused magnesia refractory dissolution rate calcium oxide-alumina-silicon dioxide slag dissolution model
对水射流辅助激光复合多道切割Al2O3陶瓷工艺进行了实验研究, 并探讨了在激光参数和水射流的其它参数一定的情况下, 分析水射流速度对水射流激光复合多道切割Al2O3陶瓷切缝质量的影响。研究结果表明: Al2O3陶瓷的切缝质量随着水射流流速的增大先提高后下降, 存在一个最佳的射流速度使得切缝质量最高, 试验中最佳水射流速度16 m/s。
低压水射流 熔渣 锥度 粗糙度 water jet slag taper roughness
为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量, 采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd∶YAG激光加工机对其进行激光微织构加工, 使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明, 与无涂层试样相比, 采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加, 凹坑边缘熔渣体积均减少, 其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%, 水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%; 在一定条件下, 复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能, 其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著, 与未经涂层的相比, 凹坑蚀除体积增加了47.1%, 凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。
激光技术 吸光涂料 形貌检测 复合涂层 凹坑体积 熔渣体积 laser technique light absorbing coating morphology detection composite coating dimple volume slag volume
为了提高金属表面激光吸收率及激光微织构加工表面质量, 采用W-71s型喷枪在试样表面分别喷涂黑漆、水玻璃和黄料, 并用Nd∶YAG激光器对其进行激光微凹坑加工。与无涂层试样相比, 激光加工水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积都增加, 其凹坑边缘熔渣体积都减少, 其中, 黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积增加了29.4%; 在此基础上, 利用正交试验法探讨水玻璃和黄料的配比以及厚度对激光微织构加工表面蚀除凹坑体积和凹坑边缘熔渣体积的影响。结果表明, 吸光涂料的厚度控制在0.1mm左右, 黄料含量17%、水玻璃含量18%的涂料为最优涂料配方; 正交试验表中最优试样表面蚀除凹坑体积相比无涂层试样增加了70.6%, 其凹坑边缘熔渣体积减少了16.2%。该工艺显著提高了激光吸收率和激光加工表面质量。
激光技术 激光微织构加工 吸光涂料 凹坑体积 熔渣体积 正交试验 laser technique laser micro-dimple processing light absorbing coating dimple volume slag volume orthogonal experiment
以Al2O3陶瓷为研究对象, 开展了低压水射流激光复合多道切割的试验研究。通过试验, 对比分析了水射流激光复合单道切割技术与水射流激光复合多道切割技术的优劣; 通过改变首刀激光参数, 研究不同首刀切割深度对Al2O3陶瓷基板的切割质量影响。试验结果表明, 相较而言, 低压水射流激光复合多道切割技术可以明显提高切割质量; 在合理的首刀切割深度下, 切缝内熔渣残留较少, 切槽形貌规则, 锥度基本保持在0.12以下。
低压水射流 激光多道切割 熔渣 锥度 low-pressure water jet multi-pass laser cutting slag taper
1 上海海事大学机械系, 上海 200135
2 湖南大学机械系, 湖南 长沙 410082
激光切割相对冲压及线切割工艺具有自由度大、加工效率高、不会影响铁心质量等优点,但由于残渣及切口粗糙问题一定程度上影响了激光切割硅钢片的质量和应用范围。通过采用在工件底部增设辅助侧吹喷嘴,控制熔渣流向,保证成品切割质量激光切割工艺,试验证明,合理控制工艺参量,可获得良好效果。利用有限元法进一步对工件底部气流状况进行了数值模拟,分析了流动过程中在不同的角度和流速下光斑移动和气流场变化的情况,初步确定工件底部侧吹气流以20°吹入的辅助侧吹工艺,为进一步合理控制熔渣流向获得光滑的精细切口提供了实践和理论依据。
激光技术 氧助激光切割 侧吹气流 硅钢片 熔渣
辽宁石油化工大学,信息与控制工程学院,辽宁,抚顺,113001
本文通过大量的实验,综合运用图像处理和模式识别技术,深入、系统的研究了自动识别的理论和技术.针对目前研究现状,本文提出一种基于数字图像处理技术的高炉泡沫渣图像边界检测方法.该方法由x射线穿透高炉到影像增强器,CCD摄像头将采集到的溶渣泡沫影像经图像采集卡转换成数字图像,由计算机经图像处理后得到溶渣泡沫的轮廓线,并由轮廓线背景的刻度线直接看出溶渣泡沫各处的实际高度.实验结果表明,该检测方法在原理上是可行的,对于在现场实现溶渣泡沫高度的在线检测具有指导意义.
模式识别 实时测量 边缘检测 熔渣泡沫
以氧为辅助气体的激光切割工艺切割不锈钢等特种钢板时容易产生挂渣现象,因此大多采用高压高纯度氮气或惰性气体辅助激光切割不锈钢。在对熔渣形成原因及规律进行实验研究的前提下,提出了仍以氧辅助切割以降低激光切割功率,通过在工件底部加设旋风除渣器,形成旋转气流控制熔渣流向以去除熔渣的方法。实验证明,当同轴辅助切割气体为氧气,气体压力降低为300 kPa,旋转气流引导装置气体压力为100 kPa,激光功率为500 W,模式为TEM01,焦点位于0.5 mm厚硅钢片工件上表面,切割速度为3 m/min时,可获得光滑的高质量切口。
激光技术 激光切割 旋转气流 硅钢 熔渣
