Abstract
To improve the laser cutting process, the modeling of the heating mechanism is essential. In the present study a mathematical modeling of CO2 laser cutting process is introduced and numerical solution of the heat transfer equation is obtained. The melting front velocities at different laser output power and workpiece thicknesses are predicted. The temporal development of the melting front profile is computed. The study is extended to include the experimental study of the transient behavior of the vapor ejected from the kerf in the initial stage of the cutting process. To achieve this two methods namely He–Ne laser transmittance and fiber-optic methods are introduced. It is found that the melting front velocity is high in the early stage of the cutting process which agrees with the experimental findings.
Zusammenfassung
Zur Verbesserung des Laser-Schneideprozesses ist eine Modellvorstellung bezüglich des Aufheizmechanismus erforderlich, die in dieser Untersuchung in einer mathematischen Modellierung des CO2-Laser-Schneidvorgangs besteht, womit numerische Lösungen der Wärmeübergangsgleichung gewonnen werden. Die Schmelzfrontgeschwindigkeit ergibt sich dabei als Funktion der Laser-Leistung und der Werkstückdicken. Auch wird die zeitliche Entwicklung der Schmelzfrontprofile berechnet. In Erweiterung der Studie erfogt die experimentelle Untersuchung des instationären Dampfaustrags an der Kerbe zu Beginn des Schneidprozesses, wobei zwei Methoden zum Einsatz kommen: He–Ne-Laser Transmittanz und faseroptische Techniken. Die rechnerisch vorausgesagte hohe Schmelzfrontgeschwindigkeit zu Beginn des Schneidprozesses wird durch den experimentellen Befund bestätigt.
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Received on 11 April 1996
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Yilbas, B. A study into CO2 laser cutting process. Heat and Mass Transfer 32, 175–180 (1997). https://doi.org/10.1007/s002310050109
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DOI: https://doi.org/10.1007/s002310050109