CN110202260A - 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法 - Google Patents

用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110202260A
CN110202260A CN201910520067.0A CN201910520067A CN110202260A CN 110202260 A CN110202260 A CN 110202260A CN 201910520067 A CN201910520067 A CN 201910520067A CN 110202260 A CN110202260 A CN 110202260A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutting
nozzle
workpiece
laser beam
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910520067.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110202260B (zh
Inventor
M·贝亚
T·凯泽
V·罗明格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=56937697&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN110202260(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of CN110202260A publication Critical patent/CN110202260A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110202260B publication Critical patent/CN110202260B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B23K26/1436—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means for pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于借助激光射束(3)和切割气体(4)切割具有至少2毫米厚度(d)的板状金属工件(2)的方法，所述激光射束和切割气体一起由切割气体喷嘴(1)的喷嘴开口(5)射出，根据本发明提出，在工件侧的喷嘴端面(8)的高度，激光射束(3)的射束轴线(10)与喷嘴开口(5)的沿切割方向(6)位于后面的开口壁区段(11)相距至少3毫米并且由喷嘴开口(5)射出的切割气体(4)具有最大10巴的切割气体压力(p)。

Description

用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法
本申请是申请号为201710680180.6，公开号为CN 107738031 A，申请日为2017/08/10，发明名称为“用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于借助激光射束和切割气体来切割具有至少2毫米厚度的板状金属工件的方法，所述激光射束和切割气体一起由切割气体喷嘴的喷嘴开***出。
背景技术
这样的方法例如由JP2003048090A已知。
在现有技术中，在激光切割时，为了避免大的切割气体消耗，通常使用具有尽可能小的喷嘴直径的切割气体喷嘴。为了能够借助这样的喷嘴以好的质量来切割，必须使用在10巴到25巴的范围内的气体压力(氮气-高压-熔化切割过程)。切割气体的低效耦入通常地并且尤其在切割尖角时会导致切割速度减小或者导致形成毛刺。在此，切割参数与在切割过程中存在的气流条件的匹配是良好的切割效果和稳定的生产条件的强制前提。
由JP2003048090A已知，在熔化切割具有超过8毫米厚度的工件时，降低切割气体的压力，以便在借助CO2激光辐射进行切割时，避免在切缝中产生氮气等离子。为此提出具有特别成型的内轮廓的切割气体喷嘴，该切割气体喷嘴在喷嘴嘴部具有直径增大的区域。工件侧的喷嘴出口具有4毫米的直径，并且切割气体的压力处于7.8巴到13.7巴的范围内。
发明内容
本发明的任务是，给出一种用于激光切割(尤其金属的)板状工件的方法，通过该方法在高的切割速度的情况下实现良好的切边质量。
根据本发明，该任务在开头所述的方法方面以下述方式解决：在工件侧的喷嘴端面的高度处，激光射束的射束轴线与喷嘴开口的沿切割方向位于后面的开口壁区段的间距为至少3毫米并且由喷嘴开***出的切割气体具有最大10巴的切割气体压力。即，沿射束轴线的方向看，从切割前端出发的切缝由切割气体喷嘴的喷嘴开口覆盖或者重叠，所覆盖或者重叠的长度为至少3毫米。
在根据本发明的方法中，通过10巴以下的切割气体压力引起由工件侧的喷嘴开***出的切割气体的较小的膨胀。通过降低流动速度，在切缝内在切割气体射束中的压力冲击的数量和强度被减小。由于切缝被喷嘴开口大程度覆盖，所以切割气流与切割前端表面的脱离-即使有的话-也是在实现进到切缝中的尽可能大的侵入路径之后才出现。该效果使得在获得切边或者切角的高质量的同时实现更高的切割速度以及使得能增大最大可切割的工件厚度。
根据本发明已知：在切割厚的工件时，喷嘴内轮廓的形状对切割质量仅施加较小的影响而切割气体压力的影响才是决定性的。喷嘴形状可以是扩散的或收敛的，或者切割气体喷嘴可以构造为分流喷嘴或长形孔喷嘴。在切割具有大于2毫米厚度的工件时，高的切割气体压力结合小的喷嘴直径导致切缝中的不均匀的气流。在喷嘴开口之后急剧膨胀的气体射束沿其扩散方向具有很不均匀的密度分布和速度分布。由此，在工件中作用于切割前端和熔液的剪切力在射束扩散的方向上也是非常不同的。此外，气流在切缝中的较小的深度处(在工件表面附近)就已从切割前端表面上脱离，这意味着在切缝的下方区域中排出融化液的剪切力的损失并且由于明显的毛刺形成导致低质量的切边。
工件厚度越大并且进入切缝时的气体速度越高，则气体射束在切缝中的漩涡越剧烈并且越不可能出现：该紊流的气体射束产生由切缝出来的均匀的熔化线(Schmelzfaden)，该熔化线从工件下侧无残留地(也就是说，无毛刺地)脱离。此外，切缝的深度越大并且气流进入到切缝中的速度越高，则气流在该切缝中越强地被制动。
如果为排出熔液所需要的气体体积流通过具有较小的喷嘴开口的切割气体喷嘴指向切缝，则切割气体必须以高速从喷嘴开口流出并且由此在切缝中沿使用方向(也就是说，平行于激光射束)经受很大的制动作用。然而，横向于初始的扩散方向地(也就是说，与切割方向反向地进到已产生的切缝中)，对气体射束的制动作用较小，因为气体射束在由喷嘴开***出之后在该方向上的初始速度同样较小。从小的喷嘴开***出的并且具有窄地限界的横向延伸尺度和进入到切缝中的高速度的“强烈的”高压气体射束在侵入到切缝中的浅的深度之后，由于沿射束轴线的高的制动作用而逐渐改变其方向并且相应于横向于射束轴线的较小的制动作用地逐渐水平地流出到已产生的切缝中。由此，气体射束在浅的侵入深度之后就已经不能再用于加速熔液膜(也就是说，用于熔液排出)，并且因为形成毛刺，所以切割结果变差。
但如果同样的、为给定的熔液输送所需的每时间单位的气体体积流穿过具有明显更大的喷嘴开口的切割气体喷嘴转向切缝，那么为此需要明显较小的切割气体压力。由此，该“缓和的”切割气体射束具有明显更小的到切缝中的进入速度，由此，在使用方向上(也就是说，平行于激光射束轴向)经受明显较小的制动作用并且在贯穿切缝的过程中基本上既不改变其速度也不改变其方向。该具有宽的横向尺度和较小的到切缝中的进入速度的、缓和的切割气体在整个工件厚度上都可用于加速和用于排出熔液膜并且由此使得能实现无毛刺的切口。
通过根据本发明的方法，例如在熔化切割(切割气体：氮气)的情况下，过程速度可以相对于传统的激光切割过程提高直至50％。此外，通过切缝被喷嘴开口大程度地覆盖的方式，在剧烈的方向变换时减少毛刺形成和氧化。为此，“缓和的”、较大面积的、来自具有大直径的喷嘴的气流更适合用于将在切缝中在更后面产生的熔液也仍然可靠地从切缝中向下排出并且由此在以较小的进给进行转弯时避免形成毛刺。附加地，与在由现有技术已知的喷嘴-气体压力组合的情况相比，可无毛刺地切割更厚的工件。此外，即使在迄今不能无毛刺地切割的工件厚度的情况下也可以使用具有受限制的气体压力的工艺，例如压缩空气切割(典型地以小于6巴的气体压力执行)或借助由氮气生成装置局部产生氮气的切割。
此外，缓和的切割气体射束对加工地点周围的大气施加较小的抽吸作用，由此例如在用氮气切割时仅少量的外部空气被带入到切缝中。由此，出现较少的切边氧化和/或可以使用具有较低纯度的氮气。
根据本发明，首先，切缝被喷嘴开口的覆盖才是决定性的，而不仅仅是喷嘴开口的最小横截面。已证明为有利的是：在较薄的工件(例如5毫米的工件厚度)的情况下，至少3毫米的覆盖；和在较厚的工件(例如15毫米的工件厚度)的情况下，至少4毫米的覆盖。目的是，最大地保持该比例；要获得气体动态性所要做的始终是(尤其在拐角运行时)力求达到切缝的尽可能大的切割气体覆盖。限制仅由经济性和灵活性方面产生：较大的喷嘴开口意味着增加的气体消耗和增加的与已经切割过的相邻工件部分的碰撞风险。因此，在较薄的工件时选择较小的喷嘴开口。优选地，在工件具有大于10毫米的厚度时，激光射束的射束轴线与喷嘴开口的后开口壁区段相距至少4毫米。
优选地，喷嘴开口的工件侧的开口面、喷嘴端面与工件表面的间距、以及切割气体压力这样选择：在进入到切缝中时的最大气流速度不超过一倍声速。
优选地，喷嘴开口的工件侧的开口直径(在圆形的喷嘴开口的情况下)或者喷嘴开口在长轴线(长轴)上的长度(在椭圆形或矩形的喷嘴开口、长形孔喷嘴的情况下)相当于切缝宽度的10到30倍。因此，喷嘴直径或者说喷嘴开口的大小匹配于工件厚度，因为切缝宽度随增加的工件厚度而增大。这抑制由于过大的喷嘴开口导致的切割气体消耗的增加。特别优选地，喷嘴开口的工件侧的开口直径或者喷嘴开口在长轴上的长度为至少7毫米。在切割具有大于2毫米厚度的工件时，喷嘴直径典型地处于7毫米至12毫米之间并且切割气体压力处于1巴至6巴之间。
通过同时使用具有大于7毫米的开口直径(至少在长轴上)的切割气体喷嘴和低于10巴的小的切割气体压力，可以将多个正面效果集中于切割气流。小的气体压力导致喷嘴开口上的切割气体的减小的膨胀并且从而导致形成的压力冲击较小。大的喷嘴开口导致切缝被喷嘴开口大程度覆盖，由此切割气体射束在切缝中不那么强地散开，从而切割气体从切割前端表面的脱离点可以显著地向下移位。附加地，切缝中的气体密度降低，这在高的激光功率时并且在使用CO2激光器作为射束源时降低形成氮气等离子的概率，该氮气等离子不利于切割质量和切割速度。
为了附加地抑制由大的喷嘴开口导致的切割气体消耗的提高，喷嘴开口和工件表面之间的间距应该尽可能地小。理想地可以借助坐置在工件表面上的喷嘴调节为零间隙，因为在这种情况下可以最大地减少气体消耗并且将气流理想地耦入到切缝中。因此，喷嘴端面到工件表面的间距优选地处于0毫米至0.5毫米之间。
当工件厚度与切缝宽度或者说聚焦直径之间的比例相当于数值5时，在激光功率转化到熔化功率方面实现最大效率(也就是说，最大的耦入效率)。因此，聚焦直径理想地应该是工件厚度的1/5并且不少于工件厚度的1/10到1/30。以这种方式，切缝的沿进给方向指向的部分(切割前端)可以最佳地通过激光射束熔化。同时，切割气体可以更简单地侵入到切缝中。在激光切割时对于高功率激光合理应用的聚焦直径的范围从10微米延伸到2000微米并且优选地为至少150微米，特别优选地为至少200微米。
对于激光切割过程的稳定性和效率进一步有利的是，激光射束的焦点布置在工件表面的高度处或者说布置在工件表面上并且(尤其在熔化切割时)切缝宽度在整个板材厚度上都相应于聚焦直径。即，聚焦的射束的直径的变化过程(射束焦散线)在整个工件厚度上应该尽可能小地变化。因此，聚焦的激光射束的射束参数乘积和聚焦直径应该这样适配于工件厚度:使得产生的瑞利长度相当于0.5倍到1倍的工件厚度。产生的切缝宽度则相应于选择的聚焦直径的1倍到1.4倍的数值。
根据本发明的方法基本上可用于所有激光功率并且首先证明适用于较大的工件厚度，也就是说，激光功率大于等于3000W的情况。本方法已证明为特别有利于以氮气或氮氧混合气(压缩空气)作为切割气体的熔化切割过程。既可以使用CO2激光器又可以使用固体激光器或二极管激光器，来作为激光源。在使用二极管激光器作为射束源时(例如在WO2016/046954 A1中所描述的)尤其可有利地使用根据本发明的方法，其原因是：由于二极管激光器相对于固体激光器的较低的射束品质，所以切缝宽度增加，因此切缝被喷嘴的工件侧开口大程度地覆盖对该过程施加特别有利的作用。
特别有利地使用二极管激光器作为激光射束源，该二极管激光器产生多倍波长激光射束。
本发明的主题的其它优点和有利的构型由说明书、权利要求书和附图得出。前述的和还会进一步列举的特征同样可以单独使用或者在多个特征的情况下以任意的组合来使用。所示出和所描述的实施方式不应理解为最终的列举，而是仅具有用于描述本发明的示例性特征。
附图说明
在此示出：
图1在根据本发明进行激光切割时运动经过板状工件的切割气体喷嘴的纵截面；
图2a，2b从下方看图1的板状工件和切割气体喷嘴的视图，其中，在图2a中示出的切割气体喷嘴具有正圆喷嘴开口横截面并且在图2b中示出的切割气体喷嘴具有椭圆喷嘴开口横截面；以及
图3用于执行根据本发明的方法的激光切割机，该方法用于激光切割板状工件。
具体实施方式
在以下附图描述中对相同的或功能相同的构件使用一致的附图标记。
在图1中示出的切割气体喷嘴1用于借助激光射束3和切割气体4来激光切割具有至少2毫米厚度的板状金属工件2。激光射束3和切割气体4一起从切割气体喷嘴1的喷嘴开口5中射出。该激光切割方法可以涉及熔化切割工艺，其中，使用氮气或氮氧混合气、尤其是使用压缩空气来作为切割气体4。
切割气体喷嘴1沿切割方向6运动经过工件2，以便在工件2中产生切缝7，其中，工件侧喷嘴端面8到工件表面9的间距A优选处于0毫米至0.5毫米之间。从喷嘴开口5中射出的切割气体4具有最高10巴的切割气体压力p。激光射束3的射束轴线用10标记。有利地，激光射束3的焦点布置在工件表面9的高度处或者说布置在工件表面上并且激光射束3的聚焦直径为工件厚度d的至少1/5。激光射束3的射束参数乘积和聚焦直径理想地这样选择：产生的瑞利长度相当于0.5到1倍的工件厚度d。喷嘴开口5的嘴部侧的开口面、喷嘴端面8与工件表面9的间距A、以及切割气体压力p理想地这样选择：在进入到切缝7中时的最大气流速度不超过一倍声速。
图2a示出从下方看具有正圆开口横截面的切割气体喷嘴1的视图，而图2b示出从下方看具有椭圆开口横截面的长形孔切割气体喷嘴1的视图。替代地，长形孔切割气体喷嘴的开口横截面也可以是矩形的。在工件侧的喷嘴端面的高度处，激光射束3的射束轴线10与喷嘴开口5的沿切割方向6位于后面的开口壁区段11相距至少3毫米。即，沿射束轴线10的方向看，从切割前端12出发的切缝7由切割气体喷嘴1的喷嘴开口5覆盖或者重叠，所覆盖或者所重叠的长度L为至少3毫米。在图2a示出的正圆开口横截面的情况下，喷嘴开口5的开口直径优选地相当于切缝宽度b的10倍到30倍并且为至少7毫米。在图2b示出的具有椭圆开口横截面的长形孔切割气体喷嘴1的情况下，喷嘴开口5的沿切割方向6延伸的长轴的长度a优选地相当于切缝宽度b的10倍到30倍并且为至少7毫米。
10巴以下的切割气体压力引起从喷嘴开口5中射出的切割气体4的小的膨胀。通过由此减小的流动速度来减小切缝7中的压力冲击的数量和强度。由于切缝7被喷嘴开口5大程度地覆盖，所以切割气流从切割前端表面12上的脱离-即使有的话-也是在尽可能地到切缝7中的大的侵入路径之后才出现。该效应使得能够在获得切边或者切角的高质量同时实现较大的切割速度以及使得能提高最大可切割的工件厚度d。通过切缝7被喷嘴开口5大程度地覆盖的方式，在剧烈的方向变换时降低毛刺形成和氧化。来自切割气体喷嘴1的大开口直径的、“缓和的”、大面积的气流使得能够实现，在切缝7中在更后面产生的熔液也仍然可靠地向下从切缝7中排出并且由此在以较小进给进行转弯时避免形成毛刺。
图3示出适用于执行所述激光切割方法的激光切割机20。
该激光切割机20例如具有CO2激光器或固体激光器并且优选具有二极管激光器作为激光射束产生装置21，具有可移动的激光切割头22和工件承放件，工件2布置在该工件承放件上。在激光射束产生装置21中产生激光射束3，该激光射束3借助光导线缆(没有示出)或转向镜(没有示出)由激光射束产生装置21导向激光切割头22。激光射束3借助布置在激光切割头22中的聚焦透镜指向工件2。此外，给激光切割机20供应切割气体24，例如氧气和氮气。切割气体24被输送到激光切割头22的切割气体喷嘴1，切割气体24和激光射束3一起由该切割气体喷嘴1射出。此外，激光切割机20包括机器控制装置25，对该机器控制装置25编程，用于使激光切割头22连同其切割气体喷嘴1一起相应于切割轮廓地相对于工件2移动。

Claims (16)

1.一种用于在熔化切割过程中借助固体激光器或二极管激光器的激光射束(3)和以氮气作为切割气体(4)切割板状金属工件(2)的方法，所述工件具有至少2毫米的厚度(d)，所述激光射束和切割气体一起由切割气体喷嘴(1)的喷嘴开口(5)射出，
其中，喷嘴形状是收敛的并且由所述喷嘴开口(5)射出的切割气体(4)在喷嘴开口(5)中具有最大10巴的切割气体压力(p)，
其特征在于，
喷嘴开口(5)在工件侧的喷嘴端面(8)上具有最小直径，使得所述喷嘴开口(5)在喷嘴端面(8)上的工件侧开口直径或者所述喷嘴开口在长轴上的长度(a)为至少7毫米，并且
在工件侧的喷嘴端面(8)的高度处，所述激光射束(3)的射束轴线(10)与所述喷嘴开口(5)的沿切割方向(6)位于后面的开口壁区段(11)相距至少3毫米。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述工件(2)具有大于10毫米的厚度(d)时，所述激光射束(3)的射束轴线(10)与所述喷嘴开口(5)的位于后面的所述开口壁区段(11)相距至少4毫米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴开口(5)的工件侧的开口面、所述喷嘴端面(8)与工件表面(9)的间距(A)、以及切割气体压力(p)选择成：使得进入到切缝(7)中时的最大气流速度不超过一倍声速。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴开口(5)的工件侧的开口直径或所述喷嘴开口(5)的长轴线的长度(a)相当于切缝宽度(b)的10倍至30倍。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径为工件厚度(d)的至少1/30。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径为工件厚度(d)的至少1/10。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径为工件厚度(d)的至少1/5。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径为至少150微米。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径为至少200微米。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的焦点布置在工件表面(9)的高度处。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的射束参数乘积和聚焦直径选择成：使得产生的瑞利长度相当于0.5倍至1倍的工件厚度(d)。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光射束(3)的聚焦直径的值范围为10微米至2000微米。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴开口(5)的工件侧的最小开口直径或者所述喷嘴开口(5)在长轴上的最小长度(a)在7毫米至12毫米之间。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，工件侧的喷嘴端面(8)到工件表面(9)的间距(A)大于0毫米且直至0.5毫米。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述切割气体压力(p)处于1巴至6巴之间。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴构造为圆孔喷嘴或长形孔喷嘴或分流喷嘴。
CN201910520067.0A 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法 Active CN110202260B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016215019.7A DE102016215019C5 (de) 2016-08-11 2016-08-11 Verfahren zum Laserschneiden mit optimierter Gasdynamik
DE102016215019.7 2016-08-11
CN201710680180.6A CN107738031B (zh) 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710680180.6A Division CN107738031B (zh) 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110202260A true CN110202260A (zh) 2019-09-06
CN110202260B CN110202260B (zh) 2021-05-04

Family

ID=56937697

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910520067.0A Active CN110202260B (zh) 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法
CN201710680180.6A Active CN107738031B (zh) 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710680180.6A Active CN107738031B (zh) 2016-08-11 2017-08-10 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10675708B2 (zh)
EP (1) EP3315243B1 (zh)
JP (1) JP6388986B2 (zh)
KR (1) KR101889660B1 (zh)
CN (2) CN110202260B (zh)
DE (1) DE102016215019C5 (zh)
PL (1) PL3315243T3 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2821176A1 (fr) * 2013-07-02 2015-01-07 Siemens VAI Metals Technologies GmbH Dispositif de déplacement d'un arrangement de découpe et de soudage de bandes métalliques ; Méthode de découpe et de soudage utilisant un tel dispositif
DE102017205084A1 (de) 2017-03-27 2018-09-27 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Gasdüse mit verschleißfester Hülse zur Kapselung eines Schneidgasstrahls
JP6725605B2 (ja) * 2018-08-24 2020-07-22 ファナック株式会社 レーザ加工システム、及びレーザ加工方法
JP6799038B2 (ja) 2018-08-24 2020-12-09 ファナック株式会社 レーザ加工システム、噴流観測装置、レーザ加工方法、及び噴流観測方法
DE102018218006A1 (de) 2018-10-22 2020-04-23 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Schneidprozesses
JP6793214B2 (ja) * 2019-02-15 2020-12-02 株式会社アマダ レーザ加工用ノズル及びレーザ加工装置
DE102019203946A1 (de) * 2019-03-22 2020-09-24 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Laserschneiden sowie zugehörige Laserbearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
KR20200120794A (ko) 2019-04-11 2020-10-22 삼성디스플레이 주식회사 표시 모듈, 표시 모듈 제조 방법, 및 레이저 가공 방법
DE102020212088A1 (de) 2020-09-25 2022-03-31 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Laserschneiden
CN113798694B (zh) * 2021-09-10 2023-08-25 奔腾激光(浙江)股份有限公司 一种2万瓦的低气压切割工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101883658A (zh) * 2007-05-25 2010-11-10 弗劳恩霍弗实用研究促进协会 用于用激光辐射进行材料加工的方法以及用于实施所述方法的装置
CN204295131U (zh) * 2014-11-28 2015-04-29 江苏海德威激光科技发展有限公司 消除喷嘴侧壁干扰的激光切割头
DE102014018624A1 (de) * 2014-12-13 2015-06-25 Daimler Ag Laservorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks
WO2015170029A1 (fr) * 2014-05-06 2015-11-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Buse pour le coupage laser avec un élément mobile interne et un manchon a faible permittivité relative
CN105339129A (zh) * 2013-06-11 2016-02-17 通快机床两合公司 借助激光束刺入金属工件中的方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS607593B2 (ja) * 1980-03-28 1985-02-26 三菱電機株式会社 レ−ザ切断ヘツド
DE4016199A1 (de) 1990-05-19 1991-11-21 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zum laserstrahlschneiden
JP3084780B2 (ja) 1991-01-31 2000-09-04 株式会社田中製作所 レーザ加工装置
US5313042A (en) * 1991-06-07 1994-05-17 Nissan Motor Co., Ltd Laser hardening device
JPH06320295A (ja) * 1993-05-13 1994-11-22 Koike Sanso Kogyo Co Ltd レーザー切断トーチ
KR100479890B1 (ko) 1995-10-27 2005-09-12 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 재료의정밀가공및기계가공을위한레이저기반장치및제조품을절단하는방법
EP0857098A1 (en) 1995-10-27 1998-08-12 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for laser cutting materials
EP0770448B1 (en) 1995-10-27 1998-12-16 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for laser cutting materials
US6163010A (en) 1996-10-25 2000-12-19 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for laser cutting materials
JPH09239577A (ja) * 1996-03-04 1997-09-16 Fanuc Ltd レーザ加工装置の加工ノズル
DE19725256A1 (de) * 1997-06-13 1998-12-17 Lt Ultra Precision Technology Düsenanordnung für das Laserstrahlschneiden
JP4183779B2 (ja) * 1997-06-20 2008-11-19 日酸Ｔａｎａｋａ株式会社 レーザ切断方法およびレーザ切断装置
JPH11277287A (ja) 1998-03-26 1999-10-12 Komatsu Ltd 熱切断加工機のアシストガス供給方法及びアシストガス供給装置
JP2000107879A (ja) * 1998-10-05 2000-04-18 Amada Co Ltd レーザ切断加工方法及び同方法に使用するレーザノズル
DE19949198B4 (de) * 1999-10-13 2005-04-14 Myos My Optical Systems Gmbh Vorrichtung mit mindestens einer mehrere Einzel-Lichtquellen umfassenden Lichtquelle
JP2003048090A (ja) 2001-08-01 2003-02-18 T & S Inc レーザ加工機のレーザ照射ノズル
JP2003313013A (ja) * 2002-04-19 2003-11-06 Shibuya Kogyo Co Ltd 窒素製造方法と窒素製造装置
US7727054B2 (en) * 2002-07-26 2010-06-01 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Coherent jet nozzles for grinding applications
NL1022231C2 (nl) 2002-12-20 2004-06-22 Fico Bv Werkwijze en inrichting voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component.
EP1669159A1 (de) 2004-12-07 2006-06-14 Bystronic Laser AG Bearbeitungsdüse zum Laserschneiden mir einer über den Düsenkörper hinausragenden Düsenhülse, Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren mit der entsprechenden Bearbeitungsdüse
FR2893872B1 (fr) * 2005-11-25 2008-10-17 Air Liquide Procede de coupage avec un laser a fibre d'acier c-mn
DE502005010866D1 (de) 2005-11-25 2011-02-24 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh Laserbearbeitungsdüse
FR2897007B1 (fr) 2006-02-03 2008-04-11 Air Liquide Procede de coupage avec un laser a fibre avec controle des parametres du faisceau
JP5063960B2 (ja) * 2006-04-07 2012-10-31 日酸Ｔａｎａｋａ株式会社 レーザピアシング方法及び加工装置
US20080085368A1 (en) * 2006-10-10 2008-04-10 Gauthier Ben M Method and Apparatus for Coating a Substrate
DE102007042490B3 (de) 2007-09-03 2008-10-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Laserstrahlschneiden
DE102008053729C5 (de) * 2008-10-29 2013-03-07 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Laserbearbeitungsdüse zum Bearbeiten von Blechen
FR2975318B1 (fr) * 2011-05-16 2014-05-09 Air Liquide Buse laser a element mobile
US9403238B2 (en) * 2011-09-21 2016-08-02 Align Technology, Inc. Laser cutting
DE102012100721B3 (de) 2012-01-30 2013-04-11 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Regeln eines Laserschneidprozesses und Laserschneidmaschine
JP6132296B2 (ja) 2012-07-20 2017-05-24 三菱重工業株式会社 レーザ切断方法
FR2997883B1 (fr) * 2012-11-09 2014-12-26 Air Liquide Buse laser avec element mobile interne et coiffe externe
DE102014206358A1 (de) * 2014-04-03 2015-10-08 Trumpf Laser Gmbh Verfahren und Laserschneidmaschine zum Laserschneiden kleiner Öffnungen
JPWO2016046954A1 (ja) 2014-09-26 2017-04-27 三菱電機株式会社 色消しレンズ及びレーザ加工機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101883658A (zh) * 2007-05-25 2010-11-10 弗劳恩霍弗实用研究促进协会 用于用激光辐射进行材料加工的方法以及用于实施所述方法的装置
CN105339129A (zh) * 2013-06-11 2016-02-17 通快机床两合公司 借助激光束刺入金属工件中的方法
WO2015170029A1 (fr) * 2014-05-06 2015-11-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Buse pour le coupage laser avec un élément mobile interne et un manchon a faible permittivité relative
CN204295131U (zh) * 2014-11-28 2015-04-29 江苏海德威激光科技发展有限公司 消除喷嘴侧壁干扰的激光切割头
DE102014018624A1 (de) * 2014-12-13 2015-06-25 Daimler Ag Laservorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018058110A (ja) 2018-04-12
DE102016215019B4 (de) 2017-08-17
KR20180018427A (ko) 2018-02-21
US10675708B2 (en) 2020-06-09
CN110202260B (zh) 2021-05-04
CN107738031B (zh) 2019-06-04
JP6388986B2 (ja) 2018-09-12
KR101889660B1 (ko) 2018-08-17
PL3315243T3 (pl) 2022-02-07
DE102016215019A1 (de) 2016-10-06
DE102016215019C5 (de) 2023-04-06
EP3315243B1 (de) 2021-09-15
US20180043469A1 (en) 2018-02-15
EP3315243A1 (de) 2018-05-02
CN107738031A (zh) 2018-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107738031B (zh) 用于进行具有优化的气体动态性能的激光切割的方法
US9434024B2 (en) Laser cutting method and laser cutting device
EP2174744A1 (en) Laser working nozzle
CN113798672A (zh) 激光焊接装置及激光焊接方法
JP2007029980A (ja) ハイブリッドレーザ加工装置
CN110153554B (zh) 激光加工头
JP6190855B2 (ja) レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP2013215787A (ja) レーザ加工装置、レーザ加工システム、レーザ加工方法
US20080237207A1 (en) Nozzle for a Laser Machining Device
JP3871240B2 (ja) ハイブリッド加工装置
KR101946898B1 (ko) 레이저 가공용 노즐
US20080257976A1 (en) Nozzle for industrial processing
US8222565B2 (en) Method for laser fusion cutting without cutting gas
JP6132296B2 (ja) レーザ切断方法
CN103769753B (zh) 防爆穿孔***
CN111163897B (zh) 镀敷钢板的激光切断加工方法
JP2017177155A (ja) レーザ加工ヘッド
JP2008142765A (ja) レーザクラッド加工装置の粉末供給装置及び粉末供給方法
JP6846273B2 (ja) レーザ加工機、曲げ加工方法、及び打ち抜き加工方法
Wagner et al. The laser microjet® technology–10 years of development
JP2005118849A (ja) レーザ加工装置
JP2006117994A (ja) 溶射前処理方法およびエンジンのシリンダブロック
RU2089365C1 (ru) Способ газолазерной резки металлических материалов и устройство для осуществления способа
Oefele et al. Influence of remote-laser-welding parameters for an 8 kW fibre laser on the seam quality of steels
EP3785841A1 (en) Laser processing device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant