CN111360417A - 一种激光的气体辅助加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光的气体辅助加工方法，包括如下步骤：将待加工工件置于工作台上，并将气体辅助加工装置的密封罩盖合在待加工工件上；通过辅助加工装置的吹气组件向密封腔吹入辅助加工气体，使得待加工工件在位于密封腔的表面灌满辅助加工气体；利用工作台上的激光加工装置对表面灌满辅助加工气体的待加工工件进行激光加工，激光加工装置产生的激光透过辅助加工装置的光学玻璃而作用于表面灌满辅助加工气体的待加工工件，从而完成相应的激光加工；通过辅助加工装置的排气组件将密封腔内产生的加工废气排出。本发明采用辅助加工装置，降低了对激光光源的品质需求，而且还提高了激光加工的效率，排气组件可将加工废气排走，降低了加工的热影响。

Description

一种激光的气体辅助加工方法

【技术领域】

本发明涉及一种激光的气体辅助加工方法。

【背景技术】

激光不锈钢着色工艺被大量应用到高端白色家电表面的logo及按钮标记。激光标记技术区别于传统印刷技术具有无接触性、无油墨消耗、经久不掉色的特征。激光不锈钢表面着色工艺为利用激光辐照在不锈钢表面，诱导不锈钢表面局部氧化变色而形成艳丽的色彩。不过常规的激光不锈钢彩色标记工艺控制困难，需要特种的激光器源且加工速度慢，高频激光慢速扫描还容易引起不锈钢表面的热变形。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供能适用一般市售低功率脉冲光纤激光器且能提高激光加工效率和降低加工热影响的一种激光的气体辅助加工方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种激光的气体辅助加工方法，包括如下步骤：

A：放置气体辅助加工装置，将待加工工件置于工作台上，并将气体辅助加工装置的密封罩盖合在待加工工件上；

B：吹气，通过辅助加工装置的吹气组件向密封腔吹入辅助加工气体，使得待加工工件在位于密封腔的表面灌满辅助加工气体；

C：激光加工，利用工作台上的激光加工装置对表面灌满辅助加工气体的待加工工件进行激光加工，激光加工装置产生的激光透过辅助加工装置的光学玻璃而作用于表面灌满辅助加工气体的待加工工件，从而完成相应的激光加工；

D：排气，通过辅助加工装置的排气组件将密封腔内产生的加工废气排出。

本发明采用辅助加工装置来辅助激光加工，在激光加工装置进行激光加工时，激光通过光学玻璃而对工件进行激光加工，由于吹气组件对密封腔吹入辅助加工气体，使得待加工工件的表面处于辅助加工气体的环境中，此时激光光斑可以使用更稀疏的填充密度和能量阀值即可使对工件完成相应的激光加工，从而降低了对激光光源的品质需求，而且还提高了激光加工的效率，而且排气组件可将加工废气及时排走，使得密封腔内形成流动气体，从而可带走工件的表面热量，降低了加工的热影响。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述辅助加工装置包括用于盖合在位于工作台上的工件上的密封罩所述密封罩内设有密封腔，所述密封罩的顶部设有光学玻璃，所述密封罩的侧部设有用于向所述密封腔吹入辅助加工气体的吹气组件，所述密封罩的另一侧部设有与所述密封腔连通且用于排出加工废气的排气组件。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述吹气组件包括进气接头，所述进气接头上设有扩散格栅，从而使得辅助加工气体可均匀地进入密封腔，进而有效避免辅助加工气体直接高压高速进入密封腔以形成乱流并影响激光加工的效果。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述排气组件包括排气风刀，所述排气风刀上设有沿其长度方向设置的排气风道，所述排气风道的两端分别设有排气口和用于连接高压气源以向所述排气风道通入高压气体的高压接头。高压气体从高压接头进入排气风道时，可在排气风道内形成负压而在密封腔内形成自动排出加工废气的气压差，控制高压气体的流量还可以控制形成的负压的大小以控制加工废气的排出速度。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述密封罩的侧部设有用于供所述进气接头安装的插接孔，所述进气接头包括与所述插接孔插接连接的插接块，所述插接块的***端设有喇叭形扩散气嘴，所述插接块上设有供所述扩散格栅安装且与所述喇叭形扩散气嘴连通的安装槽。喇叭形扩散气嘴与扩散格栅配合可进一步分散辅助加工气体流入密封腔内的流速，使得辅助加工气体更加均匀地布满密封腔。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述进气接头还包括设于所述安装槽侧部的接头凸块和设于所述接头凸块与所述插接块之间且用于与所述密封罩的侧部连接固定的连接板，所述接头凸块上设有与辅助加工气源连接且与所述安装槽连通的进气口。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述密封罩的侧部设有3个所述进气接头，且每一所述进气接头均设有2个所述进气口，从而更进一步地均匀化辅助加工气体进入密封腔内的气流。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述密封罩在与所述吹气组件相对的一侧设有与所述排气风道相通的排气通槽，使得密封腔内的排气气道与进气气道垂直，更利于排气风道形成负压以将加工废气均匀地排走。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述密封罩的底部设有密封胶垫，从而保证密封罩盖合在工件上时密封腔的气密性，防止气体从工件表面漏出，所述光学玻璃的顶面镀有增透膜以降低反射率和增加透射率。

如上所述的一种激光的气体辅助加工方法，所述激光加工装置采用振镜激光装置，所述辅助加工气体为高纯氧气以实现在所述激光加工步骤中完成激光打标加工，或者，所述辅助加工气体为稀有气体以实现在所述激光加工步骤中完成激光焊接或激光切割加工。因此本发明可适用激光打标工艺、激光焊接工艺和激光切割工艺，适用范围广。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明进行激光打标工艺时的状态参考图；

图2为本发明所述辅助加工装置的立体结构示意图；

图3为本发明所述辅助加工装置的分解结构示意图；

图4为本发明所述进气接头的结构示意图；

图5为本发明所述扩散格栅与所述进气接头配合的结构示意图；

图6为本发明所述排气组件的结构示意图。

【具体实施方式】

一种激光的气体辅助加工方法，包括如下步骤：

A：放置气体辅助加工装置，将待加工工件置于工作台10上，并将气体辅助加工装置的密封罩1盖合在待加工工件上；

B：吹气，通过辅助加工装置的吹气组件3向密封腔11吹入辅助加工气体，使得待加工工件在位于密封腔11的表面灌满辅助加工气体；

C：激光加工，利用工作台10上的激光加工装置20对表面灌满辅助加工气体的待加工工件进行激光加工，激光加工装置20产生的激光透过辅助加工装置的光学玻璃2而作用于表面灌满辅助加工气体的待加工工件，从而完成相应的激光加工；

D：排气，通过辅助加工装置的排气组件4将密封腔11内产生的加工废气排出。

上述的辅助加工装置包括用于盖合在位于工作台10上的工件上的密封罩1，密封罩1内设有密封腔11，密封罩1的顶部设有光学玻璃2，密封罩1的侧部设有用于向密封腔11吹入辅助加工气体的吹气组件3，密封罩1的另一侧部设有与密封腔11连通且用于排出加工废气的排气组件4。

为均匀化气流，吹气组件3包括进气接头31，进气接头31上设有扩散格栅5。

排气组件4包括排气风刀41，排气风刀41上设有沿其长度方向设置的排气风道42，排气风道42的两端分别设有排气口43和用于连接高压气源以向排气风道42通入高压气体的高压接头44。高压气体从高压接头44进入排气风道42时，可在排气风道42内形成负压而在密封腔11内形成自动排出加工废气的气压差，控制高压气体的流量还可以控制形成的负压的大小以控制加工废气的排出速度。

密封罩1的侧部设有用于供进气接头31安装的插接孔12，进气接头31包括与插接孔12插接连接的插接块311，插接块311的***端设有喇叭形扩散气嘴312，插接块311上设有供扩散格栅5安装且与喇叭形扩散气嘴312连通的安装槽313。喇叭形扩散气嘴312与扩散格栅5配合可进一步分散辅助加工气体流入密封腔11内的流速，使得辅助加工气体更加均匀地布满密封腔11。

进气接头31还包括设于安装槽313侧部的接头凸块314和设于接头凸块314与插接块311之间且用于与密封罩1的侧部连接固定的连接板315，接头凸块314上设有与辅助加工气源连接且与安装槽313连通的进气口316。储存辅助加工气体的气罐与进气口316通过气管连通，其之间还连接有气泵以驱动辅助加工气体输送至密封腔11内。

为进一步均匀化气流，密封罩1的侧部设有3个所述进气接头31，且每一所述进气接头31均设有2个所述进气口316。

为利于排气风道42形成负压以将加工废气均匀地排走，密封罩1在与吹气组件3相对的一侧设有与排气风道42相通的排气通槽13。

为保证气密性，密封罩1的底部设有密封胶垫6，为降低反射率和增加透射率，光学玻璃2的顶面镀有增透膜。

本发明可适用激光打标工艺、激光焊接工艺和激光切割工艺。激光加工装置20采用振镜激光装置(市面上常规的振镜激光装置)，辅助加工气体为高纯氧气以实现在激光加工步骤中完成激光打标加工，或者，辅助加工气体为稀有气体(如氩气)或者氮气以实现在激光加工步骤中完成激光焊接或激光切割加工。

本发明尤为适用于激光打标工艺，在进行激光打标工艺时，将待标刻的工件(不锈钢零件)置于工作台10上，然后将密封罩1盖合在工件待标刻的表面上，然后通过吹气组件3向密封腔11吹入辅助加工气体(高纯氧气)，使得工件在位于密封腔11的表面灌满辅助加工气体(高纯氧气)，然利用工作台10上的激光加工装置20对表面灌满辅助加工气体(高纯氧气)的待加工工件进行激光打标，激光加工装置20产生的激光透过光学玻璃2而作用于表面灌满辅助加工气体(高纯氧气)的待加工工件，从而完成相应的激光打标加工，激光打标过程中在密封腔11内产生的废气经由排气组件4排出。由于激光打标加工区域处在高纯氧气的环境中，激光光斑可以用更稀疏的填充密度和能量阈值就使得工件表面产生氧化变色，大大提高了激光打标的工作效率(可实现常规2-3倍的激光标刻效率)，降低了对激光源的品质需求。另外流动的气体可带走工件表面的热量，降低工件(特别是薄壁零件)的表面形变，热影响更小。在喇叭形扩散气嘴312与扩散格栅5的配合下可使辅助加工气体(高纯氧气)均匀地流入密封腔11内，使得辅助加工气体(高纯氧气)更加均匀地布满密封腔11，从而避免密封腔11内乱流以造成打标效果的不均匀。而根据需要可通过外部设备控制高压气体在排气风道42内的流量，从而控制在排气风道42内形成的负压的大小以控制加工废气的排出速度，使得加工废气排出更加均匀，当密封腔11的进气和排气达到平衡时，可保持辅助加工气体对密封腔11的均匀覆盖。

Claims (10)

1.一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于包括如下步骤：

A：放置气体辅助加工装置，将待加工工件置于工作台(10)上，并将气体辅助加工装置的密封罩(1)盖合在待加工工件上；

B：吹气，通过辅助加工装置的吹气组件(3)向密封腔(11)吹入辅助加工气体，使得待加工工件在位于密封腔(11)的表面灌满辅助加工气体；

C：激光加工，利用工作台(10)上的激光加工装置(20)对表面灌满辅助加工气体的待加工工件进行激光加工，激光加工装置(20)产生的激光透过辅助加工装置的光学玻璃(2)而作用于表面灌满辅助加工气体的待加工工件，从而完成相应的激光加工；

D：排气，通过辅助加工装置的排气组件(4)将密封腔(11)内产生的加工废气排出。

2.根据权利要求1所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述辅助加工装置包括用于盖合在位于工作台(10)上的工件上的密封罩(1)，所述密封罩(1)内设有密封腔(11)，所述密封罩(1)的顶部设有光学玻璃(2)，所述密封罩(1)的侧部设有用于向所述密封腔(11)吹入辅助加工气体的吹气组件(3)，所述密封罩(1)的另一侧部设有与所述密封腔(11)连通且用于排出加工废气的排气组件(4)。

3.根据权利要求2所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述吹气组件(3)包括进气接头(31)，所述进气接头(31)上设有扩散格栅(5)。

4.根据权利要求2或3所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述排气组件(4)包括排气风刀(41)，所述排气风刀(41)上设有沿其长度方向设置的排气风道(42)，所述排气风道(42)的两端分别设有排气口(43)和用于连接高压气源以向所述排气风道(42)通入高压气体的高压接头(44)。

5.根据权利要求3所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述密封罩(1)的侧部设有用于供所述进气接头(31)安装的插接孔(12)，所述进气接头(31)包括与所述插接孔(12)插接连接的插接块(311)，所述插接块(311)的***端设有喇叭形扩散气嘴(312)，所述插接块(311)上设有供所述扩散格栅(5)安装且与所述喇叭形扩散气嘴(312)连通的安装槽(313)。

6.根据权利要求5所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述进气接头(31)还包括设于所述安装槽(313)侧部的接头凸块(314)和设于所述接头凸块(314)与所述插接块(311)之间且用于与所述密封罩(1)的侧部连接固定的连接板(315)，所述接头凸块(314)上设有与辅助加工气源连接且与所述安装槽(313)连通的进气口(316)。

7.根据权利要求6所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述密封罩(1)的侧部设有3个所述进气接头(31)，且每一所述进气接头(31)均设有2个所述进气口(316)。

8.根据权利要求4所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述密封罩(1)在与所述吹气组件(3)相对的一侧设有与所述排气风道(42)相通的排气通槽(13)。

9.根据权利要求2所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述密封罩(1)的底部设有密封胶垫(6)，所述光学玻璃(2)的顶面镀有增透膜。

10.根据权利要求1所述的一种激光的气体辅助加工方法，其特征在于所述激光加工装置(20)采用振镜激光装置，所述辅助加工气体为高纯氧气以实现在所述激光加工步骤中完成激光打标加工，或者，所述辅助加工气体为稀有气体以实现在所述激光加工步骤中完成激光焊接或激光切割加工。

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