CN102756214A - 一种激光穿孔加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光穿孔加工工艺，依靠一激光切割***实现，该***包括一光纤激光器、激光切割头、与激光切割头相连的电磁阀、连接于电磁阀出气口处到切割头辅助气体入气口处的气管；凭借该激光切割***的激光穿孔加工工艺为激光脉冲的峰值功率、低频率和高占空比的匹配，其设定值为频率在5-10Hz之间、占空比在60％-90％之间。本发明的有益效果是穿孔动作比较连贯，停留时间几乎为零；减少钢板表面喷渣对切割的影响；穿孔效率和稳定性较高。
Description
【技术领域】
本发明涉及大功率激光切割领域，尤其是一种激光穿孔加工方法，常用于钣金加工。
【背景技术】
激光切割是用聚焦镜片将激光束聚焦在材料表面使材料熔融同时用于激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的喷渣，并使激光束与材料沿着一定的轨迹作相对运动，从而形成一定的切缝来实现激光切割；但所有的切割必须源于板材穿孔后才能形成切割；换句话说要想切割稳定效果好，穿孔是第一部；所以穿孔在激光切割中占据很重要的地位，它影响着切割的效果，生产的效率，切割的稳定性。
激光脉冲的峰值、频率、占空比这本身是光纤激光器本身所具备的功能；如何将这三种固有功能用于穿孔上；首先，穿孔的原理是利用激光的脉冲峰值功率在一定的频率下撞击金属表面使金属材料熔化或变为等离子蒸汽，形成穿孔；传统的穿孔方式为高频率低占空比，这样穿孔质量可以保证但是穿孔效率太低；而高占空比确实能很快将金属熔化形成穿孔，但是由于能量过大脉冲击打的次数过多而造成穿孔表面喷渣太多而没有得到推广应用；而激光切割一般切割头的孔径为1.5-3.5mm，对于切割头中吹出来的气体压力过低，金属等 离子蒸汽和飞溅物就可以顺着切割头进入切割头中飞溅到镜片上；金属高温熔渣飞溅到切割头上容易造成割嘴堵塞或损坏。喷渣的多少直接影响到切割的质量。
为达到快速穿孔的目的，通常在激光切割头会配有适合压力的辅助气体，如O2。而快速穿孔对于气体的响应要求比较高，为了镜片的安全在出光之前气压必须提前充满切割头中，以防止等离子蒸汽污染镜片，而在切割气压和穿孔气压不一样的情况下，为了在穿透之后快速的进入切割状态，必须使气压迅速从穿孔气压增大或减小到切割气压的设定值。而传统机床电磁阀到切割头入气口大概有1.2米，气体的响应速度达不到快速穿孔的要求。
【发明内容】
针对上述的问题，本发明提供一种激光穿孔加工方法。本发明可以穿孔动作比较连贯，停留时间几乎为零，提高加工效率。
本发明的激光穿孔加工方法，依靠一激光切割***实现，该***包括一光纤激光器、激光切割头、与激光切割头相连的电磁阀、连接于电磁阀出气口处到切割头辅助气体入气口处的气管；
凭借该激光切割***的激光穿孔加工方法为：
激光脉冲的峰值功率、低频率和高占空比的匹配，其设定值为频率在5-10HZ之间、占空比在60％-90％之间。
本发明的有益效果是穿孔动作比较连贯，停留时间几乎为零；减少钢板表面喷渣对切割的影响；穿孔效率和稳定性较高，从而提高 加工质量。
【附图说明】
下面参照附图结合实施方式对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的切割***加工状态示意图；
图2为本发明切割***的激光切割头的加工状态示意图。
【具体实施方式】
下面主要结合附图说明本发明的具体实施方式。
实施例1，如图1所示，本发明的实施例提供的一种激光穿孔加工方法，依靠一激光切割***实现，该***包括一光纤激光器1、激光切割头2、与激光切割头2相连的电磁阀4、连接于电磁阀4出气口处到切割头2辅助气体入气口处的气管3。凭借该激光切割***的激光穿孔加工方法是采用激光脉冲的峰值功率、低频率和高占空比匹配，设定为频率在5-10Hz之间，占空比在60％-90％之间。激光的脉冲峰值功率在一定的频率下撞击金属表面使金属材料熔化或变为等离子蒸汽，形成穿孔。
在激光穿孔的同时，激光切割头在激光束同轴的方向上利用压缩气体a吹走被熔化的喷渣b，但若气压过小，喷渣b容易污染聚焦镜片和损坏喷嘴，同时离子蒸汽会吸收激光，影响切割效果；若气压过大，会增大穿孔的孔径，影响最终的切割的精度。
但通常，降穿孔气压只能减少至0.5-0.8bar，气压不足够小至保证聚焦镜片和喷嘴洁净的效果。
优选地，如图2所示，在穿孔的过程中，激光切割头和被切割工件有一定的穿孔喷距h，抬高该喷距，使其高度为5-10mm。本实施例中，调节喷距高度采用非接触电容式传感器，只需改变传感器的电压值就可以抬高穿孔喷距h。这样，不会因为气压过小而造成喷渣b容易污染聚焦镜片和损坏喷嘴。
进一步地，为防止喷渣b容易污染聚焦镜片和损坏喷嘴，缩小激光切割头的孔径D，其设定为1.0-1.4mm。
优选地，缩短气管的长度，其设定为400-600mm。为了在穿透之后快速的进入切割状态，必须使气压迅速从穿孔气压增大或减小到切割气压的设定值，而该设定值是根据加工***的PLC扫描周期确定的，只要使辅助气压在该扫描周期内达到设定值就可以。虽然气管越短就越短时间内达到设定的辅助气压，理论上说气管直接缩短到零所需时间最短，但机器的构造上无法达到此要求。
实施例2，是在实施例1的基础上的具体举例描述。
在实际加工中，6mm以下碳钢板加工工件一般穿孔的数量非常多，缩短穿孔时间也就可以大幅度地提高生产效率。而上述的激光穿孔加工方法对于6mm及以下碳钢板效果显著。加工参数如下表：
1mm与2mm碳钢板由于比较薄、穿孔比较容易所以穿孔效率新方法与旧方法差别不大。
穿孔需要的时间是某一设定的高峰值功率将板材熔化或者形成等离子蒸汽的时间。
对3mm碳钢板的穿孔，其峰值功率为1200W，该数值由所使用的光纤激光器决定，穿孔频率为5-10Hz，占空比为60-80％，穿孔时间为50ms，而传统穿孔时间为800ms。
对4mm碳钢板的穿孔，其峰值功率为2000W，该数值由所使用的光纤激光器决定，穿孔频率为5-10Hz，占空比为60-80％，穿孔时间为50ms，而传统穿孔时间为1500ms。
对5mm-6mm碳钢板，其高峰值功率为2000W，穿孔频率为5-10Hz，占空比为60-80％，穿孔时间为150ms，而传统穿孔时间为2000ms-2500ms。
对于碳钢穿孔利用此快速穿孔方法，大大提高了客户的生产效率；按6mm碳钢板来算：一个穿孔就为客户节省了2.8秒时间；1000个孔就是46分钟时间，从而大幅度地提高了生产效率。
本发明的有益效果是穿孔动作比较连贯，停留时间几乎为零；减少钢板表面喷渣对切割的影响；穿孔效率和稳定性较高。
Claims (7)
1.一种激光穿孔加工方法，依靠一激光切割***实现，该***包括一光纤激光器、激光切割头、与激光切割头相连的电磁阀、连接于电磁阀出气口处到切割头辅助气体入气口处的气管；
凭借该激光切割***的激光穿孔加工方法其特征在于：
激光脉冲的峰值功率、低频率和高占空比的匹配，其设定值为频率在5-10Hz之间、占空比在60％-90％之间。
2.根据权利要求1所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：所述的峰值功率为1200W。
3.根据权利要求1所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：所述的峰值功率为2000W。
4.根据权利要求1所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：在穿孔的过程中，激光切割头和被切割工件有一定的穿孔喷距，抬高该喷距，使其高度为5-10mm。
5.根据权利要求3所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：调节穿孔喷距的高度采用非接触电容式传感器。
6.根据权利要求1所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：缩小激光切割头的孔径，其设定为1.0-1.4mm。
7.根据权利要求1所述的激光穿孔加工方法，其特征在于：缩短所述的气管长度，其设定为400-600mm。
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