[發明專利]用于進行具有優化的氣體動態性能的激光切割的方法

有效

• 申請號: 201710680180.6
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107738031B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: M·貝亞;T·凱澤;V·羅明格爾
• 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;B23K26/38;B23K101/18
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發明涉及一種用于借助激光射束(3)和切割氣體(4)切割具有至少2毫米厚度(d)的板狀金屬工件(2)的方法，所述激光射束和切割氣體一起由切割氣體噴嘴(1)的噴嘴開口(5)射出，根據本發明提出，在工件側的噴嘴端面(8)的高度，激光射束(3)的射束軸線(10)與噴嘴開口(5)的沿切割方向(6)位于后面的開口壁區段(11)相距至少3毫米并且由噴嘴開口(5)射出的切割氣體(4)具有最大10巴的切割氣體壓力(p)。

技術領域

本發明涉及一種用于借助激光射束和切割氣體來切割具有至少2毫米厚度的板狀金屬工件的方法，所述激光射束和切割氣體一起由切割氣體噴嘴的噴嘴開口射出。

背景技術

這樣的方法例如由JP2003048090A已知。

在現有技術中，在激光切割時，為了避免大的切割氣體消耗，通常使用具有盡可能小的噴嘴直徑的切割氣體噴嘴。為了能夠借助這樣的噴嘴以好的質量來切割，必須使用在10巴到25巴的范圍內的氣體壓力(氮氣-高壓-熔化切割過程)。切割氣體的低效耦入通常地并且尤其在切割尖角時會導致切割速度減小或者導致形成毛刺。在此，切割參數與在切割過程中存在的氣流條件的匹配是良好的切割效果和穩定的生產條件的強制前提。

由JP2003048090A已知，在熔化切割具有超過8毫米厚度的工件時，降低切割氣體的壓力，以便在借助CO₂激光輻射進行切割時，避免在切縫中產生氮氣等離子。為此提出具有特別成型的內輪廓的切割氣體噴嘴，該切割氣體噴嘴在噴嘴嘴部具有直徑增大的區域。工件側的噴嘴出口具有4毫米的直徑，并且切割氣體的壓力處于7.8巴到13.7巴的范圍內。

發明內容

本發明的任務是，給出一種用于激光切割(尤其金屬的)板狀工件的方法，通過該方法在高的切割速度的情況下實現良好的切邊質量。

根據本發明，該任務在開頭所述的方法方面以下述方式解決：在工件側的噴嘴端面的高度處，激光射束的射束軸線與噴嘴開口的沿切割方向位于后面的開口壁區段的間距為至少3毫米并且由噴嘴開口射出的切割氣體具有最大10巴的切割氣體壓力。即，沿射束軸線的方向看，從切割前端出發的切縫由切割氣體噴嘴的噴嘴開口覆蓋或者重疊，所覆蓋或者重疊的長度為至少3毫米。

在根據本發明的方法中，通過10巴以下的切割氣體壓力引起由工件側的噴嘴開口射出的切割氣體的較小的膨脹。通過降低流動速度，在切縫內在切割氣體射束中的壓力沖擊的數量和強度被減小。由于切縫被噴嘴開口大程度覆蓋，所以切割氣流與切割前端表面的脫離-即使有的話-也是在實現進到切縫中的盡可能大的侵入路徑之后才出現。該效果使得在獲得切邊或者切角的高質量的同時實現更高的切割速度以及使得能增大最大可切割的工件厚度。

根據本發明已知：在切割厚的工件時，噴嘴內輪廓的形狀對切割質量僅施加較小的影響而切割氣體壓力的影響才是決定性的。噴嘴形狀可以是擴散的或收斂的，或者切割氣體噴嘴可以構造為分流噴嘴或長形孔噴嘴。在切割具有大于2毫米厚度的工件時，高的切割氣體壓力結合小的噴嘴直徑導致切縫中的不均勻的氣流。在噴嘴開口之后急劇膨脹的氣體射束沿其擴散方向具有很不均勻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擴散的方向上也是非常不同的。此外，氣流在切縫中的較小的深度處(在工件表面附近)就已從切割前端表面上脫離，這意味著在切縫的下方區域中排出融化液的剪切力的損失并且由于明顯的毛刺形成導致低質量的切邊。

工件厚度越大并且進入切縫時的氣體速度越高，則氣體射束在切縫中的漩渦越劇烈并且越不可能出現：該紊流的氣體射束產生由切縫出來的均勻的熔化線(Schmelzfaden)，該熔化線從工件下側無殘留地(也就是說，無毛刺地)脫離。此外，切縫的深度越大并且氣流進入到切縫中的速度越高，則氣流在該切縫中越強地被制動。