लेजर कटिंग मशीन नोजल डिजाइन

नोजल डिजाइन और एयरफ्लो कंट्रोल तकनीक: जब लेजर स्टील को काटता है, तो ऑक्सीजन और केंद्रित लेजर बीम को नोजल के माध्यम से कटने वाली सामग्री पर शूट किया जाता है, जिससे एयरफ्लो बीम बनता है। वायु प्रवाह की मूल आवश्यकता यह है कि चीरे में गैस का प्रवाह बड़ा होना चाहिए और गति अधिक होनी चाहिए, ताकि पर्याप्त ऑक्सीकरण चीरा सामग्री को पूरी तरह से एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया बना सके; साथ ही, पिघली हुई सामग्री को उड़ाने के लिए पर्याप्त गति हो। इसलिए, बीम की गुणवत्ता और उसके नियंत्रण के अलावा सीधे काटने की गुणवत्ता को प्रभावित करने के अलावा, नोजल का डिज़ाइन और एयरफ्लो का नियंत्रण (जैसे नोजल का दबाव, एयरफ्लो में वर्कपीस की स्थिति, आदि) भी बहुत महत्वपूर्ण कारक हैं।
लेजर कटिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला नोजल एक सरल संरचना को अपनाता है, यानी अंत में एक छोटा गोल छेद वाला शंक्वाकार छेद (चित्र 4)। इसे आमतौर पर प्रयोग और त्रुटि द्वारा डिज़ाइन किया जाता है। क्योंकि नोजल आम तौर पर तांबे से बना होता है, आकार में छोटा होता है, यह एक कमजोर हिस्सा होता है और इसे बार-बार बदलने की आवश्यकता होती है, इसलिए द्रव गतिकी गणना और विश्लेषण नहीं किया जाता है। नोजल के किनारे से एक निश्चित दबाव Pn (गेज प्रेशर Pg) गैस के माध्यम से उपयोग में, जिसे नोजल प्रेशर कहा जाता है, नोजल आउटलेट से, वर्कपीस की सतह से एक निश्चित दूरी के बाद, दबाव को कटिंग प्रेशर Pc कहा जाता है, और अंत में गैस का विस्तार वायुमंडलीय दबाव Pa तक होता है। शोध कार्य से पता चलता है कि Pn की वृद्धि के साथ, वायु प्रवाह वेग बढ़ता है, और Pc भी बढ़ता है।
इसकी गणना निम्नलिखित सूत्र द्वारा की जा सकती है: V=8.2d2(Pg+1)
V- गैस प्रवाह दर एल/मिनट
डी- नोजल व्यास मिमी
पीजी- नोजल दबाव (गेज दबाव) बार
विभिन्न गैसों के लिए अलग-अलग दबाव थ्रेसहोल्ड होते हैं, जब नोजल दबाव इस मूल्य से अधिक हो जाता है, तो गैस का प्रवाह एक सामान्य तिरछा शॉक वेव होता है, और गैस प्रवाह दर सबसोनिक से सुपरसोनिक में परिवर्तित हो जाती है। यह दहलीज Pn और Pa के अनुपात और गैस अणुओं की स्वतंत्रता की डिग्री (n) से संबंधित है: उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन और हवा का n=5, इसलिए इसकी दहलीज Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar है। जब नोजल का दबाव Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2 (Pn; 4bar) से अधिक होता है, तो वायु प्रवाह की सामान्य झुकी हुई शॉक वेव एक सकारात्मक शॉक वेव बन जाती है, कटिंग दबाव Pc कम हो जाता है, वायु प्रवाह की गति कम हो जाती है, और वर्कपीस की सतह पर भंवर धारा बनती है, जो पिघली हुई सामग्री को हटाने वाले वायु प्रवाह के प्रभाव को कमजोर करती है इसलिए, अंत में एक छोटे गोल छेद के साथ एक शंकु छेद वाला नोजल का उपयोग किया जाता है, और ऑक्सीजन का नोजल दबाव अक्सर 3 बार से नीचे होता है।
लेजर कटिंग की गति को और बेहतर बनाने के लिए, वायुगतिकी के सिद्धांत के अनुसार एक स्केल-टाइप नोजल, लावल नोजल को डिजाइन और निर्मित किया जा सकता है, नोजल दबाव बढ़ाने के आधार पर सकारात्मक शॉक वेव का उत्पादन किए बिना। चित्र 4 में दिखाए गए ढांचे का उपयोग विनिर्माण की सुविधा के लिए किया जा सकता है। जर्मनी के हनोवर विश्वविद्यालय के लेजर सेंटर ने 2.5" की लेंस फोकल लंबाई के साथ 500WCO2 लेजर का उपयोग किया और चित्र 4 में दिखाए अनुसार क्रमशः पिनहोल नोजल और लावल नोजल के साथ परीक्षण किए। परीक्षण के परिणाम चित्र 5 में दिखाए गए हैं, जो क्रमशः विभिन्न ऑक्सीजन दबावों के तहत NO2, NO4 और NO5 नोजल के चीरा सतह खुरदरापन Rz और काटने की गति Vc के बीच कार्यात्मक संबंध को दर्शाते हैं। यह चित्र से देखा जा सकता है कि NO2 छोटे छेद नोजल की काटने की गति केवल 2.75 मीटर/मिनट तक पहुंच सकती है जब Pn 400Kpa (या 4bar) (कार्बन स्टील प्लेट की मोटाई 2 मिमी है) है। NO4 और NO5 लावल नोजल की काटने की गति 3.5 मीटर/मिनट और 5.5 मीटर/मिनट तक पहुंच सकती है जब Pn 500Kpa से 600Kpa है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि काटने का दबाव Pc वर्कपीस और नोजल के बीच की दूरी का एक कार्य है। क्योंकि तिरछी शॉक वेव कई बार परावर्तित होती है गैस प्रवाह की सीमा पर, काटने का दबाव समय-समय पर बदलता रहता है।
पहला उच्च कटिंग दबाव क्षेत्र नोजल आउटलेट के करीब है, वर्कपीस सतह और नोजल आउटलेट के बीच की दूरी लगभग 0.5 ~ 1.5 मिमी है, और कटिंग दबाव पीसी बड़ा और स्थिर है, जो आमतौर पर औद्योगिक उत्पादन में उपयोग किया जाने वाला प्रक्रिया पैरामीटर है। दूसरा सबसे अधिक कटिंग दबाव क्षेत्र नोजल आउटलेट के लगभग 3 ~ 3.5 मिमी है, और कटिंग दबाव पीसी भी बड़ा है, जो अच्छे परिणाम भी प्राप्त कर सकता है, और लेंस की सुरक्षा और इसकी सेवा जीवन में सुधार करने के लिए अनुकूल है। वक्र पर अन्य उच्च कटिंग दबाव क्षेत्रों का उपयोग नहीं किया जा सकता है क्योंकि वे केंद्रित बीम से मेल खाने के लिए नोजल आउटलेट से बहुत दूर हैं।