[發明專利]利用激光束來切割材料的方法

有效

• 申請號: 200580044961.1
• 申請日: 2005-10-11
• 公開（公告）號: CN101090795A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: W·舒爾茲;R·波普拉維;S·凱爾勒;D·帕特林
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍弗實用研究促進協會
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;楊松齡

本發明涉及利用激光束來切割材料的方法，該激光束從包括切割噴 嘴的切割頭射出并且在切割鋒上吸收，切割噴嘴具有內邊緣，激光束的 軸線沿著切割線相對于加工件移動，上述切割線具有在所述加工件切割 方向上的固定取向。

用激光束切割加工件是人們已經接受的切割方法。其在工業應用中 在激光支持的加工方法中起到主要的作用。由使用者造成的一個需求是 方法增強的功效，同時質量需求也增加了。

在熔化切割中必須保證的包括激光束切割的基本要素是方法的功 效、切割邊緣的質量、盡可能小的波紋幅度、沒有粘附的渣滓形成以及 沒有氧化。

同樣地，大厚度片材的較短加工時間和高質量的切割是當今工業發 展的趨勢。以往增加激光能力以及在加工過程中引入具有高質量驅動器 的系統。

用激光射線來切割金屬的已知技術由包括切割能量輸入的機構細分 為：

-具有活性切割氣體射流的激光束切割，以及

-具有惰性切割氣體射流的激光束切割。

在具有活性切割氣體(例如，氧氣，壓縮空氣)射流的激光束切割 中，激光束和發熱的化學反應共同提供切割能量。適于具有活性切割氣 體射流的激光束切割的技術進一步由關于激光束是否在切面中起到主要 作用(激光束活性氣體切割)還是另外照射到片材上側(穩定燃燒的激 光束火焰切割)的特征區分。

在具有惰性切割氣體(例如，氮氣)射流的激光束切割的情形中， 激光束提供切割能量。具有惰性切割氣體射流的激光束切割進一步由用 于加速/噴射熔融物的不同機構區分。除了切割氣體射流之外，熔化的 材料可蒸發并且蒸發作用可加速熔化。由于蒸發作用推進動作增加一升 高的前進速度。

-激光束熔化切割：

熔融物表面上的溫度保持低于蒸發溫度并且熔融物只由切割氣體射 流噴射。上述方法的該變體在工業中應用于薄的、中度尺寸和厚的片材。 熔融物主要在激光束軸線前面的切割鋒的頂點處流出。在太高或太低的 切割速度下觀察到的粘附渣滓的形成有損質量。

-快速切割：

蒸發溫度超過切割鋒的下面部分，并且由于切割氣體的噴射作用和 由于蒸發材料的噴射作用是相當的。熔融物主要在切割鋒的前面部分在 鄰近激光束軸線的右側和左側處流出。該變體可應用于薄的和中度尺寸 的片材中。在非常高的切割速度下觀察到的須狀物形成有損質量。

-高速切割：

蒸發溫度幾乎超過整個切割鋒。由于蒸發的推進作用是主要的。熔 融物圍繞激光束的軸線流動，并且包繞沿著激光束的部分切面，并且在 那由于切割氣體的作用進行噴射。上述方法的該變體用于薄的片材。

有關用激光射線對金屬進行切割的現有技術描述了用于對具有恒定 設定值的激光切割機參數的方法進行優化的標準。這種標準針對：

盡可能全部使用激光束能量(切割鋒的照度)以及減少加熱鄰接切 面的材料導致的能量損失，以及

增加切割氣體的功效以便盡可能完全噴射熔融物。

該文獻描述激光束能量部分由材料吸收以及部分反射。吸收部分可 用于切割過程，并且分為有效能量以及各種能量損失。

從上述文獻還可得知在狹窄輪廓中切割速度應該降低，原因是切割 機的加速度受到限制。為了避免由于過多激光能量導致的不希望的切面 擴大以及由于過低的切割速度導致的粘附渣滓或須狀物的形成，可對激 光能量進行調制。

本發明的一個目的是通過上述類型的激光射線以這樣的一種方式來 發展用于切割的方法，以致可獲得較高的切割速度或者可切割較厚的片 材，并注意到切割邊緣的質量、小的波紋幅度、不明顯的須狀物形成以 及沒有氧化的切割邊緣。

該目的由利用激光束的用于切割材料的方法實現，該激光束從包括 切割噴嘴的切割頭射出并且在切割鋒上吸收，切割噴嘴具有內邊緣，激 光束的軸線沿著切割線相對于加工件移動，上述切割線具有在所述加工 件切割方向上的固定取向，上述方法的特征在于切割頭的位置(p)可關 于其時間的平均值進行調制，或可對切割噴嘴中的激光能量和氣體壓力 進行調制。