[發明專利]用于減少在激光束穿刺到工件中時熔渣的附著的方法及激光加工頭

有效

• 申請號: 200980123912.5
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN102066039A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: A·謝爾阿戈斯基;F·塞普;M·施洛特爾
• 申請（專利權）人: 通快機床兩合公司
• 主分類號: B23K26/14
• 分類號: B23K26/14
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及一種用于減少在激光束穿刺到工件中時熔渣的附著的方法，在該方法中，至少一個第一附加氣流以相對于激光束方向的第一角度指向該工件并且在一穿刺部位的第一側和/或在該穿刺部位本身處碰上該工件，以將熔渣從穿刺部位吹走，以及涉及一種用于執行該方法的激光加工頭，包括：激光切割噴嘴，在穿刺期間激光束和切割氣流通過該激光切割噴嘴的噴嘴開口被指向工件上的穿刺部位；和至少一個第一氣體噴嘴，所述第一氣體噴嘴設置在激光切割噴嘴的第一側并且以相對于激光束軸線的第一角度定向，以產生第一附加氣流，該第一附加氣流在穿刺部位的第一側和/或在穿刺部位本身處碰上所述工件，以將熔渣從穿刺部位吹走。

背景技術

對于激光切割而言，在穿刺到厚板中時會在穿刺孔周圍產生熔渣隆塊，這些熔渣隆塊的尺寸隨著板厚的變大而顯著地增加。尤其是在加工具有在30mm以上材料厚度的板時會產生顯著的熔渣隆塊。這些熔渣隆塊尤其是在要切割內部幾何形狀的情況下及在構件小的情況下起干擾作用。此外，激光加工頭的距離傳感裝置將這些隆塊作為干擾輪廓識別并且調節激光加工頭遠離工件，這導致工藝技術方面的大量問題。為了避免這些問題，必須減少在工件上附著的熔渣隆塊。

為此目的，例如由JP?10225787A已知，除穿過激光切割噴嘴流出的切割氣體外，使一附加氣流傾斜地指向穿刺部位，以將飛濺物和熔化的材料從穿刺部位吹走。但是在實踐中表明，在穿刺到厚板中時，盡管存在附加氣流也出現顯著的熔渣隆塊。

由DE?10138867?A1、JP?8141764?A和JP?2002292484?A已知在激光材料加工中使用多個幾乎指向相同方向的附加氣體噴嘴。但是，這些布置在其效果上與在JP?10225787?A中所述的具有僅一個附加氣體噴嘴的布置沒有本質區別。

由EP?0969947?B1和US?6494965?B1已知，除了相對于激光束方向傾斜地定向的第一氣體噴嘴，在穿刺部位的相對側上設置同樣相對于激光束方向傾斜地定向的第二氣體噴嘴。傾斜地指向工件的第二附加氣流在這里基本上與第一附加氣流逆平行地延伸并且用于制動由第一附加氣流從穿刺部位吹走的灰塵或飛濺物以及限制這些灰塵或飛濺物的擴散，從而可以使它們被抽吸裝置輸送走。然而，這些布置不適合減少在穿刺時的熔渣附著，因為它們同樣會導致熔渣在穿刺孔附近的隆起。

由JP?2001205472A還公開一種具有三個噴嘴的布置，其中一個噴嘴傾斜地指向加工噴嘴，第二噴嘴傾斜地指向工件并且第三噴嘴垂直地指向工件，這些噴嘴用于保護加工噴嘴、用于吹走熔渣以及用于壓下飛濺物。然而這樣的布置同樣不能防止熔渣在穿刺孔附近的附著。

發明內容

與此相比，本發明的任務是，抑制在以激光束進行穿刺時熔渣在工件上的附著，并且減少自我形成的隆塊的尺寸。

該任務根據本發明通過開頭所述類型的方法解決，在該方法中，至少一個第二附加氣流以相對于激光束方向的第二角度指向工件并且在穿刺部位的與第一側相對置的第二側上與穿刺部位間隔開地碰上工件，其中，第二附加氣流關于垂直于激光束方向的平面以一相對于第一附加氣流的角度、即不與第一附加氣流平行或逆平行地定向，以便在被第一附加氣流吹走的熔渣與工件之間產生氣墊。第二附加氣流優選以相對于第一附加氣流的、在30°至135°之間的、特別優選在45°至100°之間的角度定向。也就是說，特別優選的是，第二附加氣流不具有或者僅具有在第一附加氣流的方向上指向的小流動分量，從而可靠地避免了熔渣在穿刺孔附近的隆起。

第一附加氣流引起快速地排出熔液和熔渣并且由此使穿刺過程容易。然而，在使用僅一個附加氣流時是有問題的，即：從穿刺孔中被沖刷出的熱熔液接著直接在工件上重新凝固并且與該工件連接。通過相對于第一附加氣流橫貫地，即傾斜或者說橫向地定向的第二附加氣流將熔液從工件抬升并且因此防止了熔液與工件之間的連接。附加地，熔渣通過第二氣流被冷卻和轉向，這導致熔渣在稍后遇到工件時不再具有足夠的能量來熔化工件材料并且由此附著在工件上。因此，僅產生在后續的分割加工中不起干擾作用的熔渣珠。

在一種有利的變型中，第二附加氣流具有基本上矩形的橫截面形狀，以在工件上產生平的氣墊。在工件上產生平的、盡可能寬的氣墊是有利的，以便防止熔渣過度地從工件抬升并且在可能時附著到將激光束會聚到穿刺部位上的激光加工頭的底側上。

優選地，在穿刺中使尤其含有氧的切割氣流指向激光束的穿刺部位。對于穿刺過程即便在板厚較大的情況下也有利的是，作為穿刺氣體(切割氣體)使用氧，因為氧給穿刺過程提供了附加的能量。