專利名稱：一種壓縮空氣輔助激光切割薄鋼板的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋼鐵板材的激光切割技術(shù)，尤其涉及壓 縮空氣輔助激光切割薄鋼板的工藝方法。
背景技術(shù)：
薄鋼板指厚度小于4mm的鋼板，包括普通鋼板，優(yōu)質(zhì)薄鋼板等。鋼鐵板材的傳統(tǒng)切割方法有等離子切割、火焰切割、沖裁剪切加工等等。與傳統(tǒng)的 加工工藝相比激光切割技術(shù)有以下優(yōu)點切縫細小，熱影響區(qū)(HAZ)窄，變形小，切口幾何 形狀好等。激光切割屬于無接觸切割加工(沒有工具的磨損)，不同材料和零件不需要更換 刃具，容易實現(xiàn)自動化高速切割，噪聲低、污染小?，F(xiàn)今針對鋼板主要的激光切割技術(shù)有(1)熔化切割(2)氧化反應(yīng)切割。熔化切割 是指利用激光對材料的照射加熱，是材料熔化，并通過惰性氣體將熔化物吹除形成切縫。熔 化切割方法主要用于不宜或不能與氧發(fā)生反應(yīng)的高合金的不銹鋼鋼材或鋁材料等。氧化反 應(yīng)切割是指，在激光的照射下，材料被加熱至與02反應(yīng)，生成氧化物并放出巨大熱量。然后 通過氧氣流的沖刷作用，將燃燒生成的氧化物吹除掉，并冷卻達不到燃燒溫度的部分，形成 切縫。一般的通過氧化反應(yīng)放熱放出的能量占全部能量的60%左右，能夠大大的加快切割 的速度。氧化反應(yīng)切割方法適用于大多數(shù)鋼鐵材料的激光切割。在工業(yè)生產(chǎn)中，使用02或N2作為激光切割輔助氣體時，都必須要保證高純度，否 則會影響切割質(zhì)量和切割速度。為了保證切割質(zhì)量要求在工業(yè)生產(chǎn)中必須要購買高純度的 02或N2，成本比較高。尤其在使用N2作為輔助氣體時，一般都要采用較高的壓力來吹除熔 渣以得到光滑無掛渣的高質(zhì)量切縫。例如，當N2壓力為15-20bar時，幾乎十五分鐘消耗完 一瓶40升的氣體。而高純度N2成本較高，切因為沒有氧化反應(yīng)放熱，則需要相對較高的激 光功率來熔化鋼材，這又勢必更增加了生產(chǎn)成本。在工業(yè)生產(chǎn)中工廠一般都配備有集成壓縮空氣管線，作為除電力外第二大動力能 源非常簡便易得，在應(yīng)用時通過分離技術(shù)去除空氣中的微粒、油滴、水分可作為清節(jié)、動力 源使用。如能實現(xiàn)使用壓縮空氣輔助高質(zhì)量的激光切割將大大的降低工業(yè)生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供使用經(jīng)濟易得的壓縮空氣作為輔助氣體實現(xiàn)鋼材的高質(zhì)量 激光切割工藝方法，該方法可適用于多種鋼材的激光切割技術(shù)工藝重復(fù)性高，可實現(xiàn)包括 平面或曲面等多種加工面的高質(zhì)量切割。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先調(diào)整激光的焦點在一定高度位置上，調(diào)整噴嘴與板 材的高度在一定范圍內(nèi)。其次，使用一定功率的激光在板材上打一個孔。在打孔結(jié)束后，采 用一定的激光功率，按一定的激光光束或工件的移動速度運動，完成切割，在整個切割過程 中使用壓縮空氣輔助，并保持一定的壓力，具體包括以下步驟1)將聚焦后的激光焦點定于工件表面或表面下方1/3板厚以內(nèi)。
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2)將切割頭噴嘴與鋼板距離調(diào)整在0. 5-1. 5mm范圍內(nèi)，以保證噴出氣體的高壓區(qū) 在工件上。3)將聚焦后的激光束以0. 5s的時間打一個通孔，打通孔的功率為600-800W。4)以600-1200W的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移動速度進行激光切割。切割過程采用4-7bar的壓縮空氣作為輔助氣體。采用的激光光源類型為連續(xù)輸 出光纖激光。本工藝同樣適用于CO2激光切割。輔助氣體的使用可以冷卻工件，并利用壓縮空氣中的O2成分與鋼發(fā)生反應(yīng)放熱， 提高切割的速度。使用合適的壓縮氣壓力可實現(xiàn)鋼材的高質(zhì)量無掛渣的激光切割。
具體實施例方式實施例1將聚焦后的激光焦點定于1.2mm厚DP780鋼板表面下0.25mm處，調(diào)整噴嘴與鋼 板的距離為1. 2mm,以0. 5s的時間打一孔，打孔的功率為600w。采用800w的激光功率，以 5. 5m/min的激光移動速度進行直線切割，整個切割過程采用6. 5bar的壓縮空氣進行輔助。 完成切割后，板材無掛渣，切縫寬度0. 19mm，表面粗糙度Ral μ m，方正度退縮量為0. 08mm。實施例2將聚焦后的激光焦點定于Imm厚ST14鋼板表面下0. 2mm處，調(diào)整噴嘴與鋼板的距 離為1mm，以0. 5s的時間打一孔，打孔的功率為800w。采用1200w的激光功率，以6m/min的 激光移動速度進行直線切割，整個切割過程采用6bar的壓縮空氣進行輔助。完成切割后， 板材無掛渣，切縫寬度0. 22mm,表面粗糙度Ral. 1 μ m,方正度退縮量為0. 07mm。實施例3將聚焦后的激光焦點定于0.8mm厚st(Mz鋼板表面，調(diào)整噴嘴與鋼板的距離為 0. 8mm,以0. 5s的時間打一孔，打孔的功率為800w。采用IOOOw的激光功率，以6. 5m/min 的激光移動速度進行直線切割，整個切割過程采用6. 5bar的壓縮空氣進行輔助。完成切割 后，板材無掛渣，切縫寬度0. 2mm,表面粗糙度Ral μ m,方正度退縮量為0. 06mm。
權(quán)利要求
1.一種壓縮空氣輔助激光切割薄鋼板的工藝方法，其特征在于，在整個切割過程中使 用壓縮空氣輔助，并保持一定的壓力，包括以下步驟1)將聚焦后的激光焦點定于工件表面或表面下方1/3板厚以內(nèi)；2)將切割頭噴嘴與鋼板距離調(diào)整在0.5-1. 5mm范圍內(nèi)，以保證噴出氣體的高壓區(qū)在工 件上；3)將聚焦后的激光束以0.5s的時間打一個通孔，打通孔的功率為600-800W ；4)以600-1200W的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移動速度進行激光切割； 切割過程采用4-7bar的壓縮空氣作為輔助氣體。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，激光光源類型為連續(xù)輸出光纖激光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓縮空氣輔助激光切割薄鋼板的工藝方法，屬于激光材料加工技術(shù)領(lǐng)域，步驟如下將聚焦后的激光焦點定于工件表面或表面下方1/3板厚以內(nèi)；將切割頭噴嘴與鋼板距離調(diào)整在0.5-1.5mm范圍內(nèi)，以保證噴出氣體的高壓區(qū)在工件上；將聚焦后的激光束以0.5s的時間打一個通孔，打通孔的功率為600-800W；以600-1200W的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移動速度進行激光切割；切割過程采用4-7bar的壓縮空氣作為輔助氣體。本發(fā)明使用經(jīng)濟易得的壓縮空氣實現(xiàn)鋼材的高質(zhì)量激光切割工藝方法，可適用于多種鋼材的激光切割技術(shù)，工藝重復(fù)性高，實現(xiàn)包括平面或曲面等多種加工面的高質(zhì)量切割。
文檔編號B23K26/14GK102126083SQ201110069438
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者耿立寶, 肖榮詩, 陳鎧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)