專利名稱：激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的足一種測試裝置，具體地說，足一種用于觀測激光切割過程中切縫內氣體流場結構的裝置，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，足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。切縫中的氣體流場結構對切縫的形成效率和最終質量有很大地影響。為了更 好地提高切割質量和效率，需要探明切縫中的氣體流場結構及其變化情況。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，切縫中的氣體流場結構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氣體流場結構的實驗裝置，本發明模擬激光切割過程的氣體流場作用邊界，記錄氣體流程在切縫斷面的工作軌跡，可以有效地獲得切縫內的氣體流場結構。
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切縫氣體流場結構的測試裝置，通過切縫內超音速氣體流場的觀測，可以獲得氣體流場結構，結合相關工藝參數的實驗可以發現氣體流場的關鍵影響因素，為激光切割工藝的機理研究提供實驗依據。本發明的技術方案如下一種激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置，包括帶有噴嘴的氣體噴射模塊、相對設置的兩片有機玻璃、帶斜角的金屬薄板、ccD相機、支撐板；所述兩片有機玻璃相對面的內壁均涂有粘性流體；其中，所述帶斜角的金屬薄板固定在兩片有機玻璃的相對面之間；所述兩片有機玻璃和氣體噴射模塊固定在支撐板上；所述噴嘴位于兩片有機玻璃的頂部；所述CCD相機位于任一有機玻璃的外側，且與有機玻璃平行設置。較佳地，所述氣體噴射模塊包括氣路、90°彎管接頭；所述噴嘴與90°彎管接頭連接；所述90°彎管接頭與氣路連接；所述氣路固定在所述支撐板上。較佳地，所述兩片有機玻璃、帶斜角的金屬薄板以及支撐板共同形成了激光切割過程中的切縫。較佳地，通過更換不同厚度和高度的金屬薄板、不同高度的有機玻璃可以模擬出不同寬度和深度的激光切割切縫。較佳地,所述噴嘴對應所述金屬薄板的斜角設置。較佳地，所述噴嘴的位置以及與有機玻璃頂部之間的距離均與實際激光切割的參數相同。較佳地，所述氣路通過法蘭及法蘭螺栓固定在支撐板上。較佳地，所述帶斜角的金屬薄板通過兩個螺栓固定在兩片有機玻璃的之間，兩片有機玻璃通過螺釘固定在支撐板上。較佳地，所述粘性流體為煤油或甘油。較佳地，所述帶斜角的金屬薄 板的傾斜角度為12度。實驗時，將具有粘性的煤油或甘油均勻涂在有機玻璃的內壁，壓縮后的輔助氣體經過氣路進入噴嘴后加速噴出進入切縫通道，氣體形成的剪切力將有機玻璃內壁的部分粘性液體吹走，在內壁上形成流體跡線，該跡線描述了有機玻璃內壁處的氣體流場結構。最后，將內壁上的流體跡線用CCD相機拍照并記錄，用于與激光切割氣體流場的數值仿真結果進行對比分析。與現有技術相比，本發明的有益效果如下本發明利用實驗裝置來模擬輔助氣體在實際激光切割過程中切縫中的流動情況，用殘留的粘性流體跡線來描述氣體流場結構，并用CCD相機拍照記錄。該實驗平臺簡單易用，適合于不同深度和寬度的切縫內流場觀測，解決了激光切割切縫中氣體流場結構無法直接測量的難題。
圖I是本發明具體實施例一種激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置的前視圖；圖2是本發明具體實施例一種激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置的后視圖。
具體實施例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I和圖2，一種激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置，包括帶有噴嘴I的氣體噴射模塊、相對平行設置的兩片有機玻璃2、帶斜角的金屬薄板3、CCD相機4、支撐板5 ;所述兩片有機玻璃2相對面的內壁均涂有粘性流體。其中，所述帶斜角的金屬薄板3固定在兩片有機玻璃2的相對面之間；所述兩片有機玻璃2和氣體噴射模塊固定在支撐板5上；所述噴嘴I位于兩片有機玻璃的頂部且對應所述金屬薄板3的斜角設置。所述CCD相機4位于任一有機玻璃的外側，且與有機玻璃平行設置。本實施例中，所述粘性流體為煤油或甘油。本實施例中，帶斜角的金屬薄板3的傾斜角度為12度，與實際的激光切割前沿角度相問。其中兩片有機玻璃2的間距為切縫寬度，有機玻璃高度為切縫深度，帶斜角的金屬薄板3通過兩個螺栓9固定在兩片有機玻璃2的之間，兩片有機玻璃2通過螺釘10固定在支撐板5上。兩片有機玻璃2、帶斜角的金屬薄板3以及支撐板5共同形成了激光切割過程中的切縫。通過更換不同厚度和高度的金屬薄板、不同高度的有機玻璃可以模擬出不同寬度和深度的激光切割切縫。其中，所述氣體噴射模塊包括氣路6、90°彎管接頭8。激光切割用的噴嘴I通過90°彎管接頭8連接在氣路6上，氣路6的另一端具有菱形法蘭結構，通過法蘭和法蘭螺栓7安裝在支撐板5上，噴嘴位置以及與有機玻璃頂部之間的距離均與實際激光切割的參數相同，CCD相機4用于對實驗結果進行拍照記錄。下面參照圖I和圖2詳細描述本實施例的工作過程和原理。實驗時，將具有粘性的煤油或甘油均勻涂在兩片有機玻璃2向對面的內壁。兩片有機玻璃2、帶斜角的金屬薄板3以及支撐板5共同形成了激光切割過程中的切縫。通過更換不同厚度和高度的金屬薄板3、不同高度的有機玻璃2可以模擬出不同寬度和深度的激光切割切縫。壓縮后的輔助氣體經過氣路6進入噴嘴I后加速噴出進入切縫通道，氣體形成的剪切力將有機玻璃2內壁的部分粘性液體吹走，在內壁上形成流體跡線，該跡線描述了有 機玻璃2內壁處的氣體流場結構。最后,將內壁上的流體跡線用CCD相機4拍照并記錄，用于與激光切割氣體流場的數值仿真結果進行對比分析。CCD相機是以電荷耦合器件(CCD)作為光敏感器和光電轉換器的遙感用相機。與現有技術相比，本實施例利用實驗裝置來模擬輔助氣體在實際激光切割過程中切縫中的流動情況，用殘留的粘性流體跡線來描述氣體流場結構，并用CCD相機拍照記錄。該實驗平臺簡單易用，適合于不同深度和寬度的切縫內流場觀測，解決了激光切割切縫中氣體流場結構無法直接測量的難題。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發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明的構思在現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切縫氣體流場結構的測試裝置，其特征在于，包括帶有噴嘴的氣體噴射模塊、相對設置的兩片有機玻璃、帶斜角的金屬薄板、CCD相機、支撐板；所述兩片有機玻璃相對面的內壁均涂有粘性流體； 其中，所述帶斜角的金屬薄板固定在兩片有機玻璃的相對面之間；所述兩片有機玻璃和氣體噴射模塊固定在支撐板上；所述噴嘴位于兩片有機玻璃的頂部；所述CCD相機位于任一有機玻璃的外側，且與有機玻璃平行設置。
2.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述氣體噴射模塊包括氣路、90°彎管接頭；所述噴嘴與90°彎管接頭連接；所述90°彎管接頭與氣路連接；所述氣路固定在所述支撐板上。
3.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述兩片有機玻璃、帶斜角的金屬薄板以及支撐板共同形成了激光切割過程中的切縫。
4.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，通過更換不同厚度和高度的金屬薄板、不同高度的有機玻璃可以模擬出不同寬度和深度的激光切割切縫。
5.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述噴嘴對應所述金屬薄板的斜角設置。
6.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述噴嘴的位置以及與有機玻璃頂部之間的距離均與實際激光切割的參數相同。
7.根據權利要求2所述的測試裝置，其特征在于，所述氣路通過法蘭及法蘭螺栓固定在支撐板上。
8.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述帶斜角的金屬薄板通過兩個螺栓固定在兩片有機玻璃的之間，兩片有機玻璃通過螺釘固定在支撐板上。
9.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述粘性流體為煤油或甘油。
10.根據權利要求I所述的測試裝置，其特征在于，所述帶斜角的金屬薄板的傾斜角度為12度。
全文摘要
本發明公開了一種激光切割過程中切縫氣體流場結構的測試裝置，包括帶有噴嘴的氣體噴射模塊、相對設置的兩片有機玻璃、帶斜角的金屬薄板、ccD相機、支撐板；所述兩片有機玻璃相對面的內壁均涂有粘性流體；所述帶斜角的金屬薄板固定在兩片有機玻璃的相對面之間；所述兩片有機玻璃和氣體噴射模塊固定在支撐板上；所述噴嘴位于兩片有機玻璃的頂部；所述ccD相機位于任一有機玻璃的外側，且與有機玻璃平行設置。與現有技術相比，本發明通過切縫內超音速氣體流場的觀測，可以獲得氣體流場結構，結合相關工藝參數的實驗可以發現氣體流場的關鍵影響因素，為激光切割工藝的機理研究提供實驗依據。
文檔編號G01M10/00GK102889974SQ20121036625
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者胡俊, 邱憲琛, 陳樂 申請人:上海交通大學