CN102126083A - 一种压缩空气辅助激光切割薄钢板的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气辅助激光切割薄钢板的工艺方法，属于激光材料加工技术领域，步骤如下：将聚焦后的激光焦点定于工件表面或表面下方1/3板厚以内；将切割头喷嘴与钢板距离调整在0.5-1.5mm范围内，以保证喷出气体的高压区在工件上；将聚焦后的激光束以0.5s的时间打一个通孔，打通孔的功率为600-800W；以600-1200W的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移动速度进行激光切割；切割过程采用4-7bar的压缩空气作为辅助气体。本发明使用经济易得的压缩空气实现钢材的高质量激光切割工艺方法，可适用于多种钢材的激光切割技术，工艺重复性高，实现包括平面或曲面等多种加工面的高质量切割。

Description

一种压缩空气辅助激光切割薄钢板的工艺方法
技术领域
本发明属于激光材料加工技术领域，涉及钢铁板材的激光切割技术，尤其涉及压缩空气辅助激光切割薄钢板的工艺方法。
技术背景
薄钢板指厚度小于4mm的钢板，包括普通钢板，优质薄钢板等。
钢铁板材的传统切割方法有等离子切割、火焰切割、冲裁剪切加工等等。与传统的加工工艺相比激光切割技术有以下优点：切缝细小，热影响区(HAZ)窄，变形小，切口几何形状好等。激光切割属于无接触切割加工(没有工具的磨损)，不同材料和零件不需要更换刃具，容易实现自动化高速切割，噪声低、污染小。
现今针对钢板主要的激光切割技术有(1)熔化切割(2)氧化反应切割。熔化切割是指利用激光对材料的照射加热，是材料熔化，并通过惰性气体将熔化物吹除形成切缝。熔化切割方法主要用于不宜或不能与氧发生反应的高合金的不锈钢钢材或铝材料等。氧化反应切割是指，在激光的照射下，材料被加热至与O2反应，生成氧化物并放出巨大热量。然后通过氧气流的冲刷作用，将燃烧生成的氧化物吹除掉，并冷却达不到燃烧温度的部分，形成切缝。一般的通过氧化反应放热放出的能量占全部能量的60％左右，能够大大的加快切割的速度。氧化反应切割方法适用于大多数钢铁材料的激光切割。
在工业生产中，使用O2或N2作为激光切割辅助气体时，都必须要保证高纯度，否则会影响切割质量和切割速度。为了保证切割质量要求在工业生产中必须要购买高纯度的O2或N2，成本比较高。尤其在使用N2作为辅助气体时，一般都要采用较高的压力来吹除熔渣以得到光滑无挂渣的高质量切缝。例如，当N2压力为15-20bar时，几乎十五分钟消耗完一瓶40升的气体。而高纯度N2成本较高，切因为没有氧化反应放热，则需要相对较高的激光功率来熔化钢材，这又势必更增加了生产成本。
在工业生产中工厂一般都配备有集成压缩空气管线，作为除电力外第二大动力能源非常简便易得，在应用时通过分离技术去除空气中的微粒、油滴、水分可作为清节、动力源使用。如能实现使用压缩空气辅助高质量的激光切割将大大的降低工业生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供使用经济易得的压缩空气作为辅助气体实现钢材的高质量激光切割工艺方法，该方法可适用于多种钢材的激光切割技术工艺重复性高，可实现包括平面或曲面等多种加工面的高质量切割。
为实现上述目的，本发明首先调整激光的焦点在一定高度位置上，调整喷嘴与板材的高度在一定范围内。其次，使用一定功率的激光在板材上打一个孔。在打孔结束后，采用一定的激光功率，按一定的激光光束或工件的移动速度运动，完成切割，在整个切割过程中使用压缩空气辅助，并保持一定的压力，具体包括以下步骤：
1)将聚焦后的激光焦点定于工件表面或表面下方1/3板厚以内。
2)将切割头喷嘴与钢板距离调整在0.5-1.5mm范围内，以保证喷出气体的高压区在工件上。
3)将聚焦后的激光束以0.5s的时间打一个通孔，打通孔的功率为600-800w。
4)以600-1200w的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移动速度进行激光切割。
切割过程采用4-7bar的压缩空气作为辅助气体。采用的激光光源类型为连续输出光纤激光。本工艺同样适用于CO2激光切割。
辅助气体的使用可以冷却工件，并利用压缩空气中的O2成分与钢发生反应放热，提高切割的速度。使用合适的压缩气压力可实现钢材的高质量无挂渣的激光切割。
具体实施方式
实施例1
将聚焦后的激光焦点定于1.2mm厚DP780钢板表面下0.25mm处，调整喷嘴与钢板的距离为1.2mm，以0.5s的时间打一孔，打孔的功率为600w。采用800w的激光功率，以5.5m/min的激光移动速度进行直线切割，整个切割过程采用6.5bar的压缩空气进行辅助。完成切割后，板材无挂渣，切缝宽度0.19mm，表面粗糙度Ra1μm，方正度退缩量为0.08mm。
实施例2
将聚焦后的激光焦点定于1mm厚ST14钢板表面下0.2mm处，调整喷嘴与钢板的距离为1mm，以0.5s的时间打一孔，打孔的功率为800w。采用1200w的激光功率，以6m/min的激光移动速度进行直线切割，整个切割过程采用6bar的压缩空气进行辅助。完成切割后，板材无挂渣，切缝宽度0.22mm，表面粗糙度Ra1.1μm，方正度退缩量为0.07mm。
实施例3
将聚焦后的激光焦点定于0.8mm厚st04z钢板表面，调整喷嘴与钢板的距离为0.8mm，以0.5s的时间打一孔，打孔的功率为800w。采用1000w的激光功率，以6.5m/min的激光移动速度进行直线切割，整个切割过程采用6.5bar的压缩空气进行辅助。完成切割后，板材无挂渣，切缝宽度0.2mm，表面粗糙度Ra1μm，方正度退缩量为0.06mm。

Claims (2)

1.一种压缩空气辅助激光切割薄钢板的工艺方法，其特征在于，在整个切割过程中使用压缩空气辅助，并保持一定的压力，包括以下步骤：
1)将聚焦后的激光焦点定于工件表面或表面下方1/3板厚以内；
2)将切割头喷嘴与钢板距离调整在0.5-1.5mm范围内，以保证喷出气体的高压区在工件上；
3)将聚焦后的激光束以0.5s的时间打一个通孔，打通孔的功率为600-800w；
4)以600-1200w的激光功率，配合4-8m/min的光束或工件移动速度进行激光切割；
切割过程采用4-7bar的压缩空气作为辅助气体。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，激光光源类型为连续输出光纤激光。
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