專利名稱：激光切割切縫內熱分布與熔融金屬流動的測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是ー種測試裝置，具體地說，是ー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，是ー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(fā)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(fā)光發(fā)熱及化學反應等現(xiàn)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(fā)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(fā)明內容
有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)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(guī)律，結合相關エ藝參數(shù)的實驗可以發(fā)現(xiàn)熱分布和熔融金屬流動的關鍵影響因素，為激光切割エ藝的機理研究提供實驗依據(jù)，且所得數(shù)據(jù)直觀可信。本發(fā)明的技術方案如下—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；所述石英玻璃的ー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ー側分布；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°c -1290°c。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(xiàn)有技術相比，本發(fā)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(tài)，不夠直接具體。本發(fā)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(guī)律，結合相關エ藝參數(shù)的實驗可以發(fā)現(xiàn)熱分布和熔融金屬流動的關鍵影響因素，為激光切割エ藝的機理研究提供實驗依據(jù)。故本發(fā)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(shù)據(jù)直觀可信。



圖I是本發(fā)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。
具體實施例方式下方結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進ー步的描述如圖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I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I位于金屬板材2第一側的側邊上；石英玻璃6的ー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的另ー側分布；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ー個動態(tài)的圖像，因為ー個動態(tài)的圖像是需要數(shù)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I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。本實施例中，在距離切縫1_的金屬板材2基體內，埋入鎳硅-鎳鉻熱電偶3 (可測范圍-40°C _1290°C )，形成熱電偶點陣，結合溫度采集模塊4，計算機5可以實時采集熱電偶測的溫度分布，為激光切割過程中的溫度場建模提供基礎數(shù)據(jù)，可獲得切割區(qū)域各瞬態(tài)的溫度分布及其變化情況。本實施例中，氙氣燈7和高速攝像機8呈上下分布，氙氣燈提供照明，攝像機拍攝切割前沿熔融層的流動。這里僅為舉例，不對氙氣燈7和高速攝像機8的位置作出限定。下面參照圖I詳細描述本實施例的工作過程和原理。實驗吋，由于激光焦點位于金屬板材2側邊上，這樣產生的切縫ー側將完全暴露，可以方便地進行觀察。在可以觀測到切縫的側面安裝石英玻璃6，用于阻擋切割時飛濺出的熔渣，同時保證透光性。在石英玻璃的另ー側布置氙氣燈7進行照明，采用高速攝像機8拍攝切縫中熔融層的流動，包括流動方向、厚度變化等。拍攝后的圖片經過圖像處理后，可以獲取隨時間不斷變化的熔融層邊界信息。在距離切縫Imm的金屬板材基體內，埋入鎳硅-鎳鉻熱電偶3 (可測范圍-40°C _1290°C )，形成熱電偶點陣，結合溫度采集模塊4，計算機5可以實時采集熱電偶測的溫度分布，為激光切割過程中的溫度場建模提供基礎數(shù)據(jù)，可獲得切割區(qū)域各瞬態(tài)的溫度分布及其變化情況。圖I中，為了更清楚地表示熱電偶的分布，在金屬板材2的第一側的側邊上截去了ー塊。其并不用來限定金屬板材2的形狀。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)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(tài)，不夠直接具體。本發(fā)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(guī)律，結合相關エ藝參數(shù)的實驗可以發(fā)現(xiàn)熱分布和熔融金屬流動的關鍵影響因素，為激光切割エ藝的機理研究提供實驗依據(jù)。故本發(fā)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(shù)據(jù)直觀可信。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
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，其特征在于，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。
2.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，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。
3.根據(jù)權利要求2所述的測試裝置，其特征在于，所述熱電偶距離切縫邊緣1_。
4.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，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。
5.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述熱電偶為鎳硅-鎳鉻熱電偶，其可測范圍為_40°C -1290°C。
6.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，氙氣燈提供照明，攝像機拍攝切割前沿熔融層的流動。
7.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，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。
8.根據(jù)權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述攝像機為高速攝像機。
全文摘要
本發(fā)明公開了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；熱電偶通過溫度采集模塊與計算機連接。本發(fā)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(guī)律，結合相關工藝參數(shù)的實驗可以發(fā)現(xiàn)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(jù)。
文檔編號B23K26/38GK102865940SQ20121036603
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日2012年9月27日
發(fā)明者胡俊, 陳樂 , 邱憲琛 申請人:上海交通大學