激光切割加工是利用能量密度高度集中的激光束相對于工件之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)完成切割任務(wù)的。在切割過程中，常常利用外加的輔助氣體，來改善加工條件。采用輔助氧氣能夠促使金屬表面氧化，提高切割效率；通過增加吹氧壓力還可以使切縫減小，并防止熔化材料再黏結(jié)。切割易燃材料時(shí)，可采用惰性氣體，能有效防止材料燃燒。在一定壓力范圍內(nèi)，增加輔助氣體的壓力，可增大切割厚度，提高切割效率。外加輔助氣體在噴嘴外的速度與壓力對切割過程有一定的影響，它的運(yùn)動(dòng)情況是影響激光切割質(zhì)量的重要因素，使用何種噴嘴參數(shù)有利于切割加工是需要研究的問題。對氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)；同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。
下面就以一種噴嘴的參數(shù)變化，利用fluent模擬來觀察其對激光切割加工的影響為方便研究，采用一種簡易噴嘴，主要包括兩部分，即前端的收縮段和后部的穩(wěn)定段，其主要參數(shù)有收縮的錐角α以及穩(wěn)定段的長度l為了研究噴嘴各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣體流場的影響，本文在相同的初始條件下，即進(jìn)口總壓為0.6MPa的情況下，通過改變某一結(jié)構(gòu)參數(shù)即收縮角和穩(wěn)定段長度來進(jìn)行模通過對以上的模擬結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出以下幾點(diǎn)：
（1）在總壓為0.6MPa時(shí)，第1種情況下錐形噴嘴的氣體出口壓力為0.2MPa，由于在出口處的壓力高于環(huán)境壓力，所以氣體繼續(xù)膨脹，在距出口約2mm處，壓力迅速衰減至0.09MPa，即最低點(diǎn)，最后壓力趨于穩(wěn)定至環(huán)境壓力；
（2）在同樣情況下，氣體繼續(xù)膨脹以后，氣流速度增加，增至470m/s，然后減弱。最后在外流場中趨于減弱的情況，但由于出口速度較大，而且減慢的趨勢緩慢，所以在一段路徑后仍保持一定的高速，這一現(xiàn)象也有利于氣體以較高的速度進(jìn)入窄切縫中，帶走加工時(shí)的切屑，保證加工的順利進(jìn)行；
（3）在改變收縮角大小，出口處的直徑不變的情況下，隨著錐角的減小，速度略有增加，，可以看出最高點(diǎn)的速度達(dá)到480m/s，而出口處的壓力則略有下降，但整體曲線的變化趨勢基本相同；
（4）在改變穩(wěn)定段長度的情況下，穩(wěn)定段長度由3mm改為5mm，整體的噴嘴的長度由15mm變?yōu)?8mm，這時(shí)壓力與速度的整體曲線走勢也無明顯差別，速度最高點(diǎn)處略有下降，為465m/s，但噴嘴出口壓力降低，約為0.15MPa。通過對以上的結(jié)果進(jìn)行的分析，可以看出，在總壓一定、出口處直徑一定的情況，隨著收縮角與穩(wěn)定段長度的變化，沿軸線方向上的壓力與速度的變化趨勢都大致相同，但收縮角的增大會導(dǎo)致氣流速度的降低，錐角越大，噴嘴內(nèi)部氣體膨脹越不充分，而且出口的稍高壓力和低速度對后來流體都具有一定阻礙作用，而這也將影響切割質(zhì)量，所以不建議采用大的錐角。而穩(wěn)定段長度的改變對速度的影響則沒有那么明顯，但會使得出口處的壓力減小，并且較長的穩(wěn)定段會引起沿程阻力損失等能量消耗，所以穩(wěn)定段長度的增加雖有利于均勻氣流的獲得，但對切割過程不利，同樣，不建議使用長的穩(wěn)定段。
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