專利名稱：能消除切割條件改變區(qū)內(nèi)各種缺陷的激光切割方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用激光束能量切割各種材料的激光切割方法，尤其涉及能有效地防止工件的切割面因切割條件改變而引起的損傷，并防止當進行激光切割時因切割條件改變而降低工件切割質(zhì)量的一種激光切割方法。
在用激光切割銳角或類似形狀期間，切割條件通常發(fā)生改變，在用作普通直線切割的高速、高輸出(以下稱之為“第一切割條件”)的條件下。上述形狀很難切割得很好。通常，為了切割一個銳角或類似的形狀，需要將切割條件改變到低速、低輸出條件(以下稱為“第二切割條件”)。而在該條件下，在不中斷激光照射的情況下，只能在該角度前后幾個毫米的范圍內(nèi)切割得令人滿意。
圖25示出這樣一種通常的切割方法，它表示通過一種改變切割條件的方法而采用的一條切割路徑，該方法已披露于日本公開特許公報No.昭63-63593一文中。如圖25所示，采用此通常的方法，首先在第一切割條件下切割工件，然后在切割路徑的A點改變到第二切割條件，同時維持激光照射，并在第二切割條件下切割一個角，然后再在切割路徑的B點變回到第一切割條件。
圖26表示披露于日本公開特許公報No.平2-30388一文中的另一種通常的方法。其中，在從第二切割條件返回到第一切割條件的時間間隔，處于第二切割條件下的切割速度分別在時刻0、T1、T1+T2、T1+T2+T3以及T1+T2+T3+T4逐級改變，即按第一切割條件之10%、20%、40%、60%以及100%的切割速度改變。
圖27示出另一種切割方法，它表示僅在角的一邊改變切割條件的一例，該方法披露于日本公開特許公報No.昭60-127775和No.平5-277773文中。在該方法中，利用第一切割條件切割至角頂處的T2，然后在T2與TP之間利用第二切割條件切割，最后再利用第一切割條件切割至T3。
還有一種通常的方式，日本公開特許公報No.平3-106583一文揭示了一種角切割法，其中，在激光切割進行到拐角后，在一預定時間間隔內(nèi)注入一種冷卻介質(zhì)以冷卻該工件，然后繼續(xù)切割。
然而，如圖21所示，當采用圖25所示的一種改變切割條件方法時，在改變切割條件的A點附近，將在一部分工件的切割表面上產(chǎn)生碎裂、凹槽或類似情況，導致切割產(chǎn)品的切割質(zhì)量下降。產(chǎn)生這一問題的原因在于因切割期間切割條件的變化所造成的切割速度、切割激光輸出等等的突然改變，以及切割氣體流所產(chǎn)生的擾動(氣體按與激光束同軸的方向注入，其目的在于例如從工件上去除熔化的區(qū)域，并加速激光切割中的氧化燃燒反應)。而且，由于激光切割熱量集中在工件切割表面附近也是增加這類凹槽的一個因素。
圖21是一個剖面圖，它表示切割期間在A點改變切割條件后的一種切割狀態(tài)。圖中，標號1表示激光束，標號3表示工件。通常，當切割期間條件改變時，將在條件發(fā)生改變的位置上產(chǎn)生碎裂。這是由于在激光束照射部位上實際切割位置的偏差(圖21中偏差為“m”)，導致在切割條件發(fā)生改變的位置上產(chǎn)生非正常燃燒的緣故。因此，可以預料，在發(fā)生偏差“m”前面一點(退回距離“1”)出現(xiàn)切割條件轉(zhuǎn)換位置的B點，無任何凹槽產(chǎn)生，如圖22所示。圖23表示當改變切割速度切割厚度為12毫米和19毫米的軟鋼材料時所產(chǎn)生的偏差“m”。如上所述，偏差“m”取決于材料的厚度和切割速度。表1(A)和1(B)分別表示上述材料的切割條件。
表1(A)對于厚度為12毫米的切割條件
<
>表1(B)對于厚度為19毫米的切割條件
>產(chǎn)生碎裂的其它主要原因在于切割期間切割槽周圍熱分布的不均勻。當切割槽的環(huán)境溫度在改變切割條件時較高時，熱傳導較大，從而引起異常燃燒的可能性較大。圖24中，標號2表示切割槽，而標號1表示激光束。圖24所示的溫度分布產(chǎn)生在切割槽的周圍。在此條件下尤其溫度不低于約500℃時很可能發(fā)生切割缺陷。隨著工件變厚，環(huán)境溫度更高，冷卻所需時間越長。
至于除軟鋼以外的其它材料，在切割條件變化部位上通常不會產(chǎn)生熔化缺陷。然而，對于軟鋼則很容易在切割條件改變部位上產(chǎn)生熔化缺陷。軟鋼材料的氧化反應由下列反應式(或它們的組合)表示Fe+ 1/2 O2→FeO+64.0千卡(1)2Fe+ 3/2 O2→Fe2O3+190.7千卡(2)3Fe+2O2→Fe3O4+266.9千卡(3)這樣，除了激光束能量以外，還會產(chǎn)生過量的熱量，由此發(fā)生熔化缺陷。然而，在非鐵金屬的情況下，無足夠的反應熱量產(chǎn)生，也就不會產(chǎn)生熔化缺陷。
采用圖26所示的通常方式，用例如1米/分或更低的低速度切割相對較薄(例如6毫米或更薄)的工件時，可以得到較高的質(zhì)量，但是，當工件變厚，切割速度變快時，很可能會在切割條件發(fā)生變化的部位上產(chǎn)生切割缺陷。
此外，用圖27所示的通常方法可有效地防止角的熔化部分因切割偏差所引起的碎裂而一滴一滴地滴落，并且累積的熱量也因T2與TP之間采用的低速、低輸出的切割條件而降低。然而，如參照圖21所述，在切割條件變化部位TP處發(fā)生熔化區(qū)域的滴落，由此總體上降低了切割質(zhì)量。
因此，本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種激光切割方法，它能實際消除當切割條件發(fā)生變化時所產(chǎn)生的切割缺陷。
本發(fā)明上述和其它的目的是通過這樣一種方法來實現(xiàn)的，它利用多種切割條件以激光束切割工件，其中包括這樣一些步驟在第一切割條件下，沿著一預定的路徑移動激光束來切割工件；當激光束沿著一條路徑到達由第一切割條件改變?yōu)榈诙懈顥l件的一個位置時，停止激光束在工件上的照射；沿著預定的路徑使激光束從所述第一切割條件變?yōu)榈诙懈顥l件的位置后退一個預定距離；以及繼續(xù)沿著預定的路徑移動激光束，在第二切割條件下切割工件。上述后退距離最好根據(jù)工件的厚度而設定。而且，當停止激光束照射時，在切割路徑的附近可以將輔助氣體噴射在工件上。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的一種激光切割方法的簡圖；圖2是表示本發(fā)明實施例1中后退距離與切換部位(切割條件改變部位)粗糙度之間關系的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明實施例1中進行圖形切割的一種激光切割方法的簡圖。
圖4是表示本發(fā)明實施例2中，由切割槽前面算起之距離與該位置處溫度之間關系的曲線圖；圖5是表示本發(fā)明實施例2中，工件溫度與切割條件變化部位處不合格率之間關系的曲線圖；圖6是大致表示本發(fā)明實施例2中，液體或氣體是如何注入到切割部分以冷卻該切割部分的簡圖；圖7是表示本發(fā)明實施例2中，注入水流與不合格率之間關系的曲線圖；圖8是表示在本發(fā)明實施例2中，如何把輔助氣體注入到切割部分以冷卻該切割部分的簡圖；圖9是表示在本發(fā)明實施例2中，輔助氣體壓力與不合格率之間關系的曲線圖；圖10是示出本發(fā)明實施例3的簡圖，它表示采用一種通常的偏移方法來完成實施例1的操作；圖11(a)和11(b)分別表示實施例3的一例，其中，相對于激光束方向的右側(cè)和左側(cè)作出偏移；圖12(a)和12(b)表示在本發(fā)明實施例3的偏移方法中所采用的后退控制及其程序的操作；圖13是表示本發(fā)明實施例4所采用的一種激光切割方法的簡圖14是表示在本發(fā)明實施例4所述方法和通常方法中，轉(zhuǎn)角的切割時間與切割速度之間關系的曲線圖；圖15是表示本發(fā)明實施例4中的切割形狀的簡圖；圖16是有關本發(fā)明實施例4的一張曲線圖，它表示長度L1、L2與不合格率之間的關系，其中CW和PW用作圖15所示切割形狀的第一切割條件；圖17是有關本發(fā)明實施例4的一張曲線圖，它表示當條件改變時的后退距離與條件改變部位表面粗糙度之間的關系；圖18是表示本發(fā)明實施例5中，激光束照射停止時間與不合格率之間關系的曲線圖；圖19是有關本發(fā)明實施例6的方框圖，它表示用以實現(xiàn)實施例1至4的激光切割方法的一種裝置；圖20是有關本發(fā)明實施例6的方框圖，它表示用以實現(xiàn)實施例5的激光切割方法的一種裝置；圖21是表示在一種通常的激光切割方法中，如何對切割部分進行激光切割的簡圖；圖22是表示由通常激光切割方法以及根據(jù)本發(fā)明實施例1至4所述激光切割方法所產(chǎn)生的缺陷；圖23表示根據(jù)工件厚度，切割速度與前切割面偏離量之間的關系；圖24是表示由頂部觀察的前切割面溫度分布的簡圖；圖25是表示在另一種通常的激光切割方法中，如何切割一個轉(zhuǎn)角的簡圖；圖26是表示另一種通常的激光切割方法的簡圖；以及圖27是表示又一種通常的激光切割方法的簡圖。
實施例1以下參照圖1至圖3描述本發(fā)明的實施例1。
圖1主要表示一例將用于普通直線切割的高速、高輸出切割條件(以下稱為“第一切割條件”)改變?yōu)橛糜诹己玫霓D(zhuǎn)角切割的低速、低輸出切割條件(以下稱為“第二切割條件”)，其中按(1)至(7)的順序進行切割。圖中，標號1表示激光束，標號2表示由激光束1形成的切割槽。(1)表示在第一切割條件下的切割狀態(tài)。(2)表示激光束已經(jīng)到達A點或切割條件變化位置時的狀態(tài)。(3)表示激光束照射已在A點停止的狀態(tài)。第(4)步，沿著已切割路徑使激光束照射區(qū)域(位置)后退。在此狀態(tài)中，繼續(xù)停止激光束的照射。(5)表示使激光束照射區(qū)域后退至位置B，該點取決于為條件改變所規(guī)定的距離。從A點后退到B點既可以正常切割速度進行，也可以非切割(快速移動)速度進行。第(6)步，在B點選擇第二切割條件，按原來前進方向開始切割。(7)表示激光束照射區(qū)域已經(jīng)移過A點，切割正在進行的狀態(tài)。
顯然，可以通過移動切割頭、移動工件或使切割頭和工件兩者作相對移動使激光束照射區(qū)域后退。
至于為何這種切割方法會在條件改變部分減少熔化缺陷的原因在于，當條件改變部分B位于偏離量“m”范圍外時，不會產(chǎn)生熔化缺陷。在位置A改變條件時，響應于一個偏離量引起輔助氣體的擾動和異常燃燒，從而發(fā)生熔化缺陷，在表示通常技術的圖22中，沿前切割面的厚度方向，存在著在高溫下產(chǎn)生的切割偏離量(圖22中的“m”)。
圖2表示應用于厚度為6、12、19、25和35毫米的軟鋼材料，其條件改變部分后退距離l(毫米)與條件改變部位A之切割表面粗糙度之間的關系。發(fā)生熔化缺陷的切割表面的粗糙度要大于普通切割表面的粗糙度。當后退距離l增加時，切割表面的粗糙度起先會有改善，但是當超過給定的l值后則不會有進一步的改善，對應于每一厚度該l值有一個給定值，即厚度為6毫米時，l約為1.2毫米；厚度為12毫米時，l約為2.2毫米；厚度為19毫米時，l約為3.5毫米。如上所述，該后退距離l不僅取決于厚度，而且也取決于偏離量“m”，后者因切割速度不同而變化，如圖21所示。針對厚度為6.0毫米至35毫米工件的切割結果表明，如果后退距離l在1毫米至10毫米之間，則可以獲得良好的切割。
顯然，10毫米或更長的后退距離可以提供較高的切割質(zhì)量。然而，由于后退距離增加了，需要更多的切割時間。圖2表示，針對6毫米或更厚的厚度，后退距離為1毫米與10毫米之間可確保高效率。圖示切割數(shù)據(jù)的變化是因后退距離l不同而產(chǎn)生的，后者取決于速度和輸出等切割條件，而要嚴格地規(guī)定這些數(shù)據(jù)是較難的。
由于較薄的工件對應的偏離量自然也較小，故在這種情況下后退距離l也可減小。
注意，當切割路徑筆直時，后退路徑可以按后退距離規(guī)定，但是當進行如圖3所示曲線型切割時，后退路徑就不能按后退距離規(guī)定。在此情況下，可以相對于切割停止點(Xa，Ya)規(guī)定后退位置B的坐標點(Xb，Yb)。如果切割形狀非常復雜，或后退位置在三維空間，那么上述規(guī)定坐標點的方法可以方便地規(guī)定后退位置。例如，通過由切割路徑與一個圓的軌跡之交點確定B的坐標(該圓是圍繞A點用規(guī)定后退距離l為半徑作出的)或者通過利用已知技術進行曲線切割時確定一個后退路徑，即可相對A點確定B點。
實施例2現(xiàn)在參考圖4至圖9來描述本發(fā)明的實施例2。
在條件改變位置上發(fā)生熔化缺陷的原因之一是在溫度高的前切割面發(fā)生了切割損傷，如圖24所示。只有停止激光束的照射才能冷卻材料，提高切割質(zhì)量。
圖4顯示了離前切割面的距離和該點處激光束停止照射時所測得的溫度之間的關系。圖中S表示從激光束停止照射開始算起的一段時間(秒)。在前切割面附近，激光束照射停止(即，S=0秒)后大約10秒(S=10秒)溫度便降至220℃。在220℃時，不發(fā)生切割缺陷。圖5顯示了切割條件改變位置處的材料溫度和厚度為16毫米的軟鋼材料200次條件改變所引起的不合格率。不合格率隨著材料溫度下降而正比例下降，而且在大約200℃或更低的材料溫度時幾乎沒有缺陷出現(xiàn)，從而沒有切割問題。如上所述，規(guī)定一個切割停止時間對降低切割缺陷是有效的。
圖6大體說明了如何把氧氣注入切割部位以便冷卻。標號1表示一激光束，標號3表示一工件，而標號10表示用于氣體或液體注入的6毫米直徑的噴口。在切割停止位置處液體或氣體由噴口10注入以冷卻切割部分，然后繼續(xù)切割。圖7根據(jù)改變注入時間而獲得的實驗結果顯示了切割16毫米厚度的工件時由噴口10注入的氣體流量和不合格率之間的關系。
600瓦輸出功率、30赫茲脈沖頻率、30%占空因數(shù)及100毫米/分切割速度等的切割條件已經(jīng)改為2000瓦輸出功率、1300赫茲脈沖頻率、60%占空因數(shù)及900毫米/分切割速度以估計條件改變位置。實驗結果表明當流量增大或氣體注入時間增加時，不合格率下降。這是因為條件改變位置處溫度降低了。用液體替代氣體進行冷卻也可產(chǎn)生同樣的效果。
用切割頭注入輔助氣體同樣也能達到冷卻切割部分的效果。應當注意，由于采用相對昂貴的輔助氣體，如氬氣，會增加操作成本，因此最好使用一種較便宜的氣體，如氧氣或氮氣。
圖8大體說明了如何將輔助氣體注入切割部分以便冷卻。標號1表示一激光束，標號2表示一切割槽，標號3表示工件，而標號11表示輔助氣體供給口。在切割停止位置處從噴口注入氧氣或其他類似氣體，以冷卻切割部分，然后繼續(xù)切割。
圖9顯示了在各種輔助氣體壓力下冷卻切割部分3秒鐘(S=3秒)，然后改變切割條件并繼續(xù)切割情況下的不合格率。切割工件是12毫米和25毫米厚的軟鋼材料。對于每一種厚度，輔助氣體壓力增大可提高冷卻效率并降低不合格率。如果工件較薄，則壓力低時不合格率下降，但如果25毫米厚度的工件和較薄的工件都在類似的條件下切割，則壓力必須設為3千克/厘米2。結果，輔助氣體壓力越高，就對在切割條件改變位置處因提高冷卻效率而引起的不合格率降低越?jīng)]有效果。然而，當壓力超出3千克/厘米2時，卻沒有進一步的提高。因此，最好把氣體壓力設置得不低于3千克/厘米2。在壓力不低于3千克/厘米2時對不合格率的改善沒有效果的原因是由噴口注入的輔助氣體的噴射壓力受到噴口形狀和液體粘度的限制。
25毫米厚的工件的切割條件是2800瓦輸出功率、1300赫茲脈沖頻率、60%占空因數(shù)及650毫米/分切割速度，而12毫米厚的工件的切割條件是1800瓦輸出功率、1300赫茲脈沖頻率、40%占空因數(shù)及1000毫米/分切割速度。
由此，在實施例1中，根據(jù)材料和工件的厚度，在預定的壓力下，在一時間間隔內(nèi)，將一種氣體或一種液體噴射在切割路徑之上和它的附近，在激光束停止照射和重新開始照射之間的一系列操作中，激光束照射區(qū)沿該切割路徑移動，從而氣體或液體使切割停止位置附近積聚的熱量減少，比實施例1更能防止熔化缺陷的發(fā)生。
同樣，在實施例1中，從激光束停止照射到重新開始照射之間的一系列操作中，在某點上停止一段預定時間間隔之后繼續(xù)移動，則熱量的自然散失也會在停止期間使工件積聚的熱量減少，從而比實施例1更能防止熔化缺陷的發(fā)生。
同樣，在實施例1中，從激光束停止照射到重新開始照射之間的一系列操作中，在某點短暫停止后繼續(xù)移動，并且在3千克/厘米2壓力下，在切割路徑內(nèi)的停止處在一段預定的時間間隔內(nèi)噴射輔助氣體，則熱量的自然散失和輔助氣體會在停止期間減少工件積聚的熱量，從而比實施例1更能防止熔化缺陷的發(fā)生。
實施例3現(xiàn)在參考圖10至圖12，描述本發(fā)明的實施例3。
圖11(a)和11(b)說明了如何用切割槽寬度偏移切割路徑。在這些圖中，圖11(a)示出了一個相對于激光束前進方向向右偏移W的例子，而圖11(b)示出了一個向左偏移W的例子。偏移方向在程序中用符號G表示，如G41和G42，并且與偏移量一起輸入。
如上所述，以切割槽寬度來偏移切割路徑的方向相對于前進方向只向右或向左。因為通常的方法中切割路徑總是沿同一方向的，因此只向右或向左偏移不引起問題。
然而，在本發(fā)明實施例1中，在切割條件改變位置處，前進方向會換向。因此必須考慮偏移方向以避免如圖10中所示的缺陷。也就是說，在圖10中，在第一切割條件下將工件切割直至A點，再從該點使激光束照射區(qū)后退至B點。但是，因為偏移是同方向的而偏移方向又不改變，所以偏移會偏離切割路徑，如圖10所示中的B點。這是由于指定偏移后，當在筆直路徑的終點處完成正規(guī)偏移時使切割路徑偏移一規(guī)定量所用的現(xiàn)行功能造成的。
圖12(a)和圖12(b)分別描繪了一個切割過程及其程序，其中在前進方向換向的A點偏移方向亦換向，激光束照射區(qū)后退至B點，并且在重新開始切割處再次使偏移方向換向。為實現(xiàn)之，當激光束照射區(qū)從A點返回B點時，規(guī)定符號G42以消除符號G41帶來的偏移且使偏移方向換向，并且對B點規(guī)定符號G41以消除符號G42帶來的偏移且按原先的偏移量和偏移方向切割工件。
實施例4現(xiàn)在參考圖13至圖17，描述本發(fā)明的實施例4。
圖13顯示了一種依照本發(fā)明實施例4的激光切割方法。其中標號1表示一激光束而S表示激光束照射返回的部分和第二切割條件改變?yōu)榈谝粭l件時重新切割工件所在的部分。也就是說，實施例4提供一個例子，在該例中把實施例1至3用于圖27所示的切割方法(該方法中，為提高切割效率，用第一切割條件一直切割至轉(zhuǎn)角處，用第二切割條件在該點和S之間切割，并且用第一切割條件自S開始切割)，即，在切割條件改變位置S完成實施例1所述的激光束照射區(qū)后退操作，在后退期間進行實施例2所述的有效冷卻工件的操作，并且在后退期間進一步進行實施例3所述的偏移操作。
如圖14所示，本實施例中每個轉(zhuǎn)角都影響條件變化，并且把在第二切割條件下的切割距離減半以減少切割時間。與圖25中所示的通常方法(該方法中，在快到轉(zhuǎn)角前將第一切割條件改變?yōu)榈诙懈顥l件，并且在激光束照射點越過轉(zhuǎn)角后再將第二切割條件改變?yōu)榈谝磺懈顥l件)相比，在S點處進行的操作大大提高了切割表面的質(zhì)量。
圖14顯示了轉(zhuǎn)角頂點與條件改變位置之間的距離為10毫米且條件改變位置上冷卻時間為5秒時的切割速度和每個轉(zhuǎn)角的切割時間。該圖中，單側(cè)切換表示圖25所示的通常方法，而雙側(cè)切換表示本實施例的方法。
切割工件直至轉(zhuǎn)角時所處的第一切割條件中的輸出條件對圖15所示的轉(zhuǎn)角相互靠近的鋸齒形切割非常重要。
圖16顯示了圖15中的長度L1(轉(zhuǎn)角頂點間沿與鋸齒形縱向垂直的方向上的距離)和長度L2(轉(zhuǎn)角頂點間沿鋸齒形縱向的距離)為10、20、30、40及50毫米且用連續(xù)波輸出(CW)和脈沖輸出(PW)作為切割工件直至轉(zhuǎn)角的第一切割條件時的不合格率。如該圖所示，當長度L1和L2在10至30毫米之間時，用CW的不合格率較高，但當長度為40毫米和更長時，用CW和PW的不合格率沒有差別，而且用CW和PW都能將工件切割得很好。
因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當使用小尺寸L1和L2(L1和L2長度大約在10至30毫米之間時)而容易發(fā)生缺陷時，最好將脈沖輸出(PW)用作第一和第二兩種切割條件，因為這有利于對工件輸入熱量的控制，而當使用大尺寸L1和L2(長度L1和L2大約為40毫米或更長時)基本上不會發(fā)生缺陷時，最好將連續(xù)波輸出(CW)用作第一切割條件，因為它能獲得高切割速度和高切割表面質(zhì)量，而將脈沖輸出(PW)用作第二切割條件。
圖17顯示了切割條件改變位置處，根據(jù)切割角θ的大小，后退距離l有最佳值。圖17顯示了在90°、70°和50°三個不同的角度切割厚度為16毫米的軟鋼材料的結果。當角度θ為90°，l=約2.2毫米時，當角度θ為70°，l=約3毫米時，以及當角度θ為50°，l=約3.7毫米時，切割表面的粗糙度改進量趨于水平。如上所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，后退距離l應隨切割角度改變。
實施例5現(xiàn)在參考圖18描述本發(fā)明的實施例5。
圖18顯示了激光束已經(jīng)停止照射且工件已經(jīng)冷卻后的穿孔結束而開始切割時，激光束停止時間與不合格率之間的關系。所示數(shù)據(jù)是切割厚度為6、12、19和25毫米的軟鋼材料的結果。切割條件如表2所示。
表2
<p>雖然對每一個厚度，較長的激光束停止照射時間引起較低的不合格率，但當停止時間超過一個由厚度確定的給定值后就不能獲得進一步的改進，即，t=6毫米時為2.5秒，t=12毫米時為4.5秒，t=19毫米時為6.5秒，以及t=25毫米時為10秒。如上所述，當穿孔后材料溫度很高時就馬上開始切割，由于燃燒不當現(xiàn)象而容易發(fā)生切割缺陷。然而，如果材料溫度只略微降低了一點，便可大大減小該缺陷發(fā)生的可能性。已發(fā)現(xiàn)，必須采用長冷卻時間，因為材料溫度降低速率依賴于材料的厚度而較厚的厚度需要較長的時間來充分降低溫度。
當穿孔后開始切割時，如實施例2所述，在穿孔后要停止激光束的照射并且使激光束重新照射以開始切割的一系列操作中，在一段指定的時間間隔內(nèi)為提高工件的冷卻效果在停止點上用3千克/厘米2壓力或更大的壓力沿路徑噴射輔助氣體之后，最好繼續(xù)移動。
實施例6現(xiàn)在參考圖19和圖20描述本發(fā)明的實施例6。
圖19是一方框圖，顯示了能自動確定后退距離以防止在實施例1至4所述的切割條件改變位置處發(fā)生切割缺陷的一控制單元或一自動編程單元的功能。該圖中，ST1表示通常設備的功能，而ST2表示本實施例提供的附加功能。在ST1內(nèi)的S1處，設置一增量或絕對值坐標系和一切割起始點。在S2，通過存儲器的選擇或外部裝置的輸入，設置在切割起始點進行穿孔的條件。在S3，進行穿孔以切割出一個孔。在S4，通過存儲器的選擇或外部裝置的輸入，設置切割條件。在S5，開始切割。在S6，根據(jù)切割程序提供的切割形狀信息，控制激光束移動的路徑，而切割在S7處結束。
本實施例中，在執(zhí)行S6期間執(zhí)行S8，預先可讀取有關切割形狀的角度、孔徑和段長等信息。然后，在S9，確定后退的開始位置和后退結束的坐標位置。在S10，當達到后退的開始位置后執(zhí)行激光束關斷/氣體壓力調(diào)節(jié)或激光束關斷/停止時間設置步驟。在S11，將切割位置移至規(guī)定的后退坐標。在S12，執(zhí)行注入氣體或切割氣體壓力調(diào)節(jié)和激光束接通步驟。在S13，重新開始切割且操作返回至S6。
圖20是一方框圖，顯示了能自動確定后退距離以防止在如實施例5所述的穿孔之后開始切割時發(fā)生切割缺陷的一控制單元或一自動編程單元的功能。ST3表示通常的算法控制，而ST4表示本實施例提供的附加控制。
在ST3內(nèi)的S14處，設置一增量或絕對值坐標系和一個切割起始點。在S15，通過存儲器的選擇或外部裝置的輸入，設置切割起始點處進行的穿孔條件。在S16，進行穿孔以切割出一個孔。在S17，在經(jīng)過一段預定時間或使用傳感器或類似儀器檢測出穿孔結束后終止穿孔。在S18，通過存儲器的選擇或外部裝置的輸入，設置切割條件。在S19，開始切割。
本實施例中，用ST4來對S17上穿孔的結束進行控制。在S20，設置冷卻用輔助氣體的壓力和注入時間。在S21，根據(jù)S20設置的信息，開始注入輔助氣體。在S22，停止注入輔助氣體而操作進至S18。
顯然，如上所述，由第一實施例獲得了一種激光切割方法，當在切割期間改變切割條件時，在切割條件將要改變的直線位置或圓周位置上停止激光束的照射，將激光束照射區(qū)沿切割路徑后退一段預定的距離至前述位置，重新開始照射激光束，并且激光束照射區(qū)沿后退時相同的路徑移動，重新開始切割。在該過程中，條件變化時前切割端的后退可消除切割速度、切割輸出功率等等突然變化的影響，否則，在切割期間它們將導致切割表面的損壞。另外，輔助氣流不受擾動，條件改變位置處切割表面不發(fā)生熔化缺陷，因而能獲得高的切割質(zhì)量。
同樣明顯，由第二實施例獲得了一種激光切割方法，當激光束后退時，激光束照射區(qū)的位置沿與切割方向上偏移的相反方向偏移一個光束直徑的大小，并且當再次沿切割方向前進時，激光束照射區(qū)沿與切割方向上偏移的相同方向偏移該光束直徑，從而，當重新回到激光束停止照射的位置時，激光束照射區(qū)可靠地回到激光束停止照射位置，因而工件的切割要比第一實施例的激光切割方法具有更高的準確度。
同樣明顯，由第三實施例獲得了一種激光切割方法，根據(jù)切割條件改變時工件中將另外產(chǎn)生的缺陷尺寸將激光束照射區(qū)后退一定距離，從而，由于激光束照射區(qū)后退的距離不比必要的最小距離大，所以所需的切割時間一般比第一和第二實施例的激光切割方法所需的時間要短，同時還保留了第一和第二實施例的長處。
同樣明顯，第四實施例提供了一種激光切割方法，它可以采用下述操作中的任一種根據(jù)工件的材料和厚度，在一給定的時間間隔內(nèi)以一所需的壓力將一種氣體或液體(流體)噴射在切割路徑上和切割路徑周圍，在激光束停止照射和重新開始照射之間的一系列操作中，激光束照射要沿該路徑移動的操作；在激光束停止照射和重新開始照射之間的一系列操作中，在任何一點照射已經(jīng)停止了一段所需的時間間隔后重新開始移動激光束的操作；以及在激光束停止照射和重新開始照射之間的一系列操作中，在任何一點照射已暫時停止并且已經(jīng)在一段所需的時間內(nèi)以所需的壓力將一種輔助氣體噴射在路徑的停止點上之后重新開始移動激光束的操作，從而，除了第一至第四實施例中的任何效果以外，還可以減少積聚在切割停止位置附近的熱量，并比第一至第四實施例更有效地防止熔化缺陷的發(fā)生。
當根據(jù)工件的材料和厚度在一給定時間間隔內(nèi)以一所需的壓力，將一種氣體或一種液體噴射在切割路徑上和切割路徑周圍時，其中切割路徑是在激光束停止照射和重新開始照射之間一系列操作中激光束照射區(qū)移動所沿的路徑，則可縮短切割時間，不產(chǎn)生熔化缺陷，并且可獲得高的切割質(zhì)量。
還有，當在激光束停止照和重新開始照射之間的一系列操作中，照射已經(jīng)在某一點上停止一段所需的時間間隔后重新開始移動時，停止期間熱量的自然散失使工件冷卻，從而，盡管需要較長的切割時間，但容易在低成本情況下防止熔化缺陷而獲得高的切割質(zhì)量。
另外，當在激光束停止照射和重新開始照射之間的一系列操作中，照射已經(jīng)在某一點上暫停并且已經(jīng)在一段所需的時間間隔內(nèi)以所需的壓力將輔助氣體噴射在路徑的停止點上之后重新開始移動激光束時，促進了工件的冷卻效果，從而，總體上容易操作，縮短了切割時間，另外確實防止了熔化缺陷并獲得高的切割質(zhì)量。
同樣明顯，第五實施例獲得了一種激光切割方法，將一激光束集中在工件上，并利用光束中的激光能量將工件切割成鋸齒形圖形，其中當沿鋸齒形圖形縱向的相鄰轉(zhuǎn)角頂點間的距離和垂直于鋸齒形圖形縱向的相鄰轉(zhuǎn)角頂點間的距離一般為40毫米或更大時，把連續(xù)波輸出用作切割狀態(tài)來切割直至轉(zhuǎn)角的頂點。在轉(zhuǎn)角頂點將切割狀態(tài)改變?yōu)槊}沖輸出，后用脈沖輸出從轉(zhuǎn)角的頂點切割一段給定的長度，再把切割狀態(tài)改變?yōu)檫B續(xù)波輸出，并且繼續(xù)切割，從而每遇一個轉(zhuǎn)角就進行切割狀態(tài)的改變，在脈沖輸出的切割狀態(tài)下切割的距離相應減半，采用能獲得高切割速度的連續(xù)波輸出切割直至轉(zhuǎn)角，以大大縮短切割時間，并且利用能獲得高切割表面質(zhì)量的連續(xù)波輸出來保證切割表面的質(zhì)量。
同樣明顯，實施例6提供了一種激光切割方法，當工件已經(jīng)穿孔后開始切割時，在穿孔位置，停止激光束照射一段任意設置的時間間隔，然后重新開始并維持激光束照射，并且從穿孔位置開始切割，從而始終如一地提供高的切割質(zhì)量。
權利要求
1.一種利用多個切割條件以激光束切割工件的方法，其特征在于包括以下步驟在第一切割條件下，沿著一預定的路徑移動激光束以切割工件；當所述激光束沿著所述路徑到達一個第一切割條件改變?yōu)榈诙懈顥l件的位置時，停止所述激光束在所述工件上的照射；沿著所述預定的路徑，使所述激光束從所述第一切割條件改變?yōu)榈诙懈顥l件的位置后退一個預定距離；繼續(xù)沿著所述預定的路徑移動所述激光束，在所述第二切割條件下切割所述工件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述位置為一個線性位置。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述位置為一個圓形位置。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于進一步包括將所述激光束從所述預定路徑偏移到所述激光束后退的停止位置，并在所述第二條件下恢復切割時，移動所述激光束抵消所述偏移。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述偏移的距離約為所述激光束切割路徑的寬度。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述激光束不后退到所述第一條件改變?yōu)榈诙l件的位置上，則所述激光束退回的距離相應于將在所述工件上產(chǎn)生的缺陷的尺寸。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于進一步包括當所述激光束后退時，在所述切割路徑附近向所述工件噴射流體的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于進一步包括根據(jù)所述工件的材料類型和厚度，設定所述流體壓力和噴射時間的步驟。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于進一步包括在所述停止位置上，使所述激光束在一個預定時間間隔內(nèi)暫停移動的步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于進一步包括根據(jù)所述工件的材料類型和厚度，設定所述預定時間間隔的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述預定時間間隔當工件為6毫米厚度時約為2.5秒，當工件為12毫米厚度時約為4.5秒，當工件為19毫米厚度時約為6.5秒，當工件為22毫米厚度時約為10秒。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述切割條件包括激光功率、激光脈沖頻率、激光脈沖占空因數(shù)、切割速度以及切割角度中的至少一個。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述工件由軟鋼材料制成。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述預定距離當工件為6毫米厚時約為1.2毫米，當工件為12毫米厚時約為2.2毫米，當工件為19毫米厚時約為3.5毫米。
15.一種沿著鋸齒形路徑用激光束切割工件的方法，其中沿所述鋸齒形路徑縱向相鄰轉(zhuǎn)角頂點之間的距離，以及沿垂直于所述縱向之方向上各個轉(zhuǎn)角頂點之間的距離為40毫米，其特征在于所述方法包括如下步驟提供具有連續(xù)波輸出的激光束作為切割條件，切割直至第一個轉(zhuǎn)角的頂點；在所述第一個轉(zhuǎn)角的頂點，將所述激光束改變?yōu)槊}沖輸出；從所述第一個轉(zhuǎn)角的頂點，用具有脈沖輸出的所述激光束切割所述工件至給定長度；將所述激光束改回連續(xù)波輸出進行隨后的切割。
16.一種用激光束切割工件的方法，其特征在于包括以下步驟用激光束穿入所述工件；停止所述激光束在所述工件照射一個預定的時間間隔；重新開始所述激光束在所述工件上的照射；以及從所述激光束穿入所述工件的位置開始切割所述工件。
17.一種用激光束切割工件的方法，其特征在于包括如下步驟沿著一預定的路徑用激光束切割工件；在沿所述路徑的一個預定位置處停止所述激光束對所述工件的照射；從所述預定位置沿所述路徑使所述激光束后退一個距離，該距離根據(jù)所述工件的材料類型、厚度以及形狀而定；重新開始所述激光束對所述工件的照射；以及繼續(xù)沿所述預定路徑切割所述工件。
18.一種用激光束切割工件的方法，其特征在于包括如下步驟沿著一預定的路徑用激光束切割工件；在沿所述路徑的一個預定位置處停止所述激光束對所述工件的照射；在所述路徑的鄰近，在一根據(jù)所述工件的材料類型、厚度以及形狀而定的時間間隔內(nèi)用輔助氣體向所述工件的至少一個部分噴射；重新開始所述激光束對所述工件的照射；沿著所述預定的路徑繼續(xù)切割所述工件。
全文摘要
一種激光切割方法，當切割條件變化時可以有效地消除切割缺陷。當激光束沿路徑到達第一切割條件改變?yōu)榈诙懈顥l件的位置時，停止激光束對工件的照射。然后，激光束沿該路徑從上述位置后退一個預定的距離。經(jīng)一段延遲時間后，激光束再次沿該預定路徑移動，在第二切割條件下切割工件。后退距離根據(jù)工件的厚度而定。而且，當激光束停止照射時，可以在切割路徑的鄰近將輔助氣體噴射在工件上。
文檔編號B23K26/36GK1112866SQ9510001
公開日1995年12月6日 申請日期1995年2月24日 優(yōu)先權日1994年2月24日
發(fā)明者金岡優(yōu), 森譽, 湯山崇之, 竹野祥瑞 申請人:三菱電機株式會社