CN102107333B - 一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法：首先配制特种材料激光切割防溅伤涂料，然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；涂料固化后进行激光切割加工操作；所述涂料具体由基料、稀释剂构成，二者之间的质量比例关系具体为1∶(1～5)；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏(用作固化剂)按照质量比例关系为(4～6)∶1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1∶(5～15)配制而成的。本发明解决了零件表面溅伤和某些零件不能激光加工的难题，该涂料有低成本、易涂覆、易清理、干燥速度适当、能有效防护零件、环保和使用全过程无毒害等性能，对欲保护的零件无腐蚀等不得影响，可以取推广应用。

Description

一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法

技术领域：

本发明涉及激光切割技术，特别提供了一种用于激光切割、等离子切割表面防护的防溅伤工艺方法。

背景技术：

现有技术中，激光切割广泛应用于各领域，可加工各种金属、布匹、木材、塑料、玻璃等多种材料。在大部分的应用中，激光切割用于切割平面类普通材料零件，溅伤敏感度不高，一般不进行溅伤防护。

激光切割效率非常高，通常切割板材的速度为每分钟500～3000毫米，加工时不进行溅伤防护。某些零件只能采用激光切割进行加工。切割该零件时，零件数量多、溅伤表面损伤面积较大，一般采用手工抛修的办法处理，存在处理难度大、工作量大、效率低、零件局部变薄和表面质量差等缺点。

从外部激光切割的筒形件与部分三维零件，切割部位背面的零件表面距离切割部位较近，切割部位喷出的火花直接溅伤零件表面。部分火花喷到零件表面后，形成反迸火花，溅到切割部位背面及其它表面，形成间接溅伤，影响零件质量、给后续加工增加大量的工作量，并使某些零件不能采用激光加工工艺。尤其以钛合金等活泼、易燃特种材料最为明显。

在磨加工特种材料、电弧焊等弱火花飞溅工艺领域有相关防护技术应用。使用上述材料用于激光加工的防护时，存在涂覆清理难、防护能力弱、使用过程中有烟与气味等有害物质、对特种材料有腐蚀性等问题，不适用于激光切割等强火花飞溅加工应用。

在激光加工过程中，用遮挡法等不能进行有效保护，使加工完成的零件表面存在直接与间接溅伤的激光切割零件。

在航空、航天等高技术领域，大量存在从外部激光切割的筒形件与复杂的三维零件，材料为钛合金等特种材料，目前没有找到适用的同类新产品。

人们期望获得一种可应用于航空、航天、民用等领域的在采用激光切割、等离子切割等产生强火花飞溅工艺，加工溅伤敏感度高、表面质量要求高的特种材料零件的表面防护用防溅射涂料及相关的工艺方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于激光切割、等离子切割表面防护的防溅伤工艺方法。具体是解决激光切割、等离子切割特种材料筒形件与复杂的三维零件的表面溅伤问题、减少切割引起的后续工作量、提高零件质量、扩大激光切割工艺的应用范围。

本发明一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法具体为：首先配制特种材料激光切割防溅伤涂料，然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；涂料固化后进行激光切割加工操作；

所述涂料具体由基料、稀释剂构成，二者之间的质量比例关系具体为1：（1～5）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏（用作固化剂）按照质量比例关系为（4～6）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（5～15）配制而成的。

本发明所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法还要求保护下述优选内容：

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，所述涂料中基料和稀释剂二者之间的质量比例关系具体为1：（1.5～3）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏（用作固化剂）按照质量比例关系为（4.5～5.5）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（8～12）配制而成的。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，首先配制第一次涂敷用特种材料激光切割防溅伤涂料,然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；

待涂层固化后，再配置防溅伤涂料，然后再次将该涂料涂敷在被保护的物体表面，如此共涂敷2～4次涂料；

在最后一次涂料固化后再进行激光切割加工操作。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：

关于涂料基料配制的具体要求是：根据涂刷用量配制基料，防间接溅伤用基料量为每平方米每遍0.5±0.1千克，防直接溅伤用量加倍；白垩粉与快干石膏的配比为5：1，要求充分混合后备用；

关于稀释剂配制的具体要求是：稀释剂备用量按基料质量的2～3倍配制，乳白胶与水的配比为1：5，要求充分混合后备用。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：在激光切割加工之前共进行两次涂料涂覆操作：

配制第一遍涂料的要求：用于防间接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：1.5；

涂覆第一遍涂料的具体要求：在切割部位背面距离在500毫米以内有其它零件表面的为直接溅伤表面，要求涂料的涂覆厚度大于1毫米，在其它切割火花能够溅射到的表面为间接溅伤表面，涂覆厚度约为0.5±0.1毫米；要求涂覆第一遍涂料必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内完成，要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层；

配制第二遍涂料的要求：此过程在第一遍涂料开始后1小时后进行，将涂料基料与稀释剂混合并记录开始配制时间；用于防间接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：2；

涂覆第二遍涂料：直接溅伤表面涂覆总厚度大于3毫米，间接溅伤表面涂覆总厚度约为1±0.2毫米；涂覆第二遍涂料的过程必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内使用完成；要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，涂覆完成的零件在4小时之内进行加工，如果在4小时之内未进行加工，要求将涂层喷湿后使用。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，在涂料涂覆操作之前，要求清理零件表面的灰尘、油污，水分，检查零件表面应无划碰伤；

在激光切割操作之后，用清水冲洗零件，对部分冲洗不掉的涂层进行清理。

激光切割产生的火花飞溅强度大，在切割钛、镁、铝等金属及合金材料时火花飞溅燃烧增温，溅射到零件的其它表面，引起的零件表面烧伤非常严重，造成零件不能使用。由于激光切割速度非常高、虽然火花飞溅的强度及温度非常高，但作用于某点的时间极短。

利用上述特点，本发明使用特殊的涂料涂覆在零件表面，能耐瞬时高温，使烧蚀只发生在涂层上，保护零件表面不被溅伤。

涂覆材料的配料选材上，要求应选用无毒、不易挥发的材料，不用或少用有机物质，达到易涂覆、易清理、干燥速度适当、能有效防护零件、环保和使用全过程无毒害、对零件无腐蚀的目的。

本发明所规定的涂料适用于不锈钢、高温合金、钛合金材料。在切割部位背面有距离在20～1000毫米的其它零件表面、夹具或遮挡物等。

本发明在实际应用中，从外部激光切割的筒形件与部分三维零件，切割部位背面的零件表面距离切割部位较近，切割部位喷出的火花直接溅伤零件表面。部分火花喷到零件表面后，形成反迸火花，溅到切割部位背面及其它表面，形成间接溅伤，影响零件质量、给后续加工增加大量的工作量，并使某些零件不能采用激光加工工艺。尤其以钛合金等活泼、易燃特种材料最为明显。为解决上述问题，试验用涂覆某些涂料的方法进行解决。

对防溅伤涂料的要求是：低成本、易涂覆、易清理、干燥速度适当、能有效防护零件、环保和使用全过程无毒害等。对欲保护的零件，在一定条件下应无腐蚀等不得影响。

经多次选材、配制、试验、改进等，研制出一种理想的特种材料激光切割防溅伤防护涂料。

激光切割效率非常高，通常切割板材的速度为每分钟500～3000毫米，加工时不进行溅伤防护。某些零件只能采用激光切割进行加工。切割该零件时，零件数量多、溅伤表面损伤面积较大，一般采用手工抛修的办法处理，存在处理难度大、工作量大、效率低、零件局部变薄和表面质量差等缺点。

对于高技术产品加工的企业，常进行特种材料的加工，零件溅伤问题表现特别突出，对激光切割产生的火花溅伤进行防护相关新产品有较强需求，在没有适用的现有产品情况下，我们对此关键技术进行开发并争取随后对其进行推广应用。

本发明可以在航空发动机多种型号的特种零件上应用，解决了零件表面溅伤和某些零件不能激光加工的难题，该涂料有低成本、易涂覆、易清理、干燥速度适当、能有效防护零件、环保和使用全过程无毒害等性能，对欲保护的零件无腐蚀等不得影响，可以取推广应用。

应用激光防溅涂料后，可扩展激光应用范围、减少加工工作量、提高工作效率，从目前创造较为巨大的经济效益。

本发明的有益效果：1）采用涂覆材料后，加工的零件表面不存在溅伤，提高零件质量、减少后续加工的工作量，缩短零件制造周期，大幅度提高经济效益；2）采用涂覆材料后，使原不能采用激光加工的零件变成可以采用激光加工进行加工，扩大了激光加工的应用范围，提升了自动化制造技术水平，也达到了提高经济效益的目的。

本发明明显提高了激光切割、等离子切割产品的表面质量，减少了后续加工的工作量，明显提高了加工出合格零件成功率。本发明通过规定适用零件、原材料、工具、配制、使用、去除、检验过程，使操作者在生产过程中有章可循，使防溅涂料的使用过程标准化、科学化，达到最佳效果。

附图说明：

图1为未涂覆防溅射涂料结构示意图；

图2为涂覆防溅射涂料结构示意图；

图3为零件的毛料图主视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为与图3对应的零件的毛料图俯视图；

图6为零件图主视图；

图7为图6的B-B剖视图；

图8为与图6对应的零件图俯视图；

图9为带有防溅涂层的待加工零件主视图；

图10为图9的B-B剖视图；

图11为与图9对应的带有防溅涂层的待加工零件俯视图；

图12为零件实物照片。

具体实施方式：

实施例1

一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法（如附图1～11所示），以某大修机零件支架为例进行举例说明。零件的毛料图见图3、4、5，零件图见图6、7、8，图12为零件实物照片，要求将零件毛料加工周边成为零件。

在未开发出防溅涂料前，该零件由毛料加工成零件采用钳修零件外形工艺进行加工。零件材料为TC1，硬度大，钳工用砂轮与锉刀磨制一件用时约3小时，每批零件数量为数百件，劳动强度非常大。用激光三维加工该零件用时约2分钟，大幅度提高加工效率、降低劳动强度。由于溅伤问题没有解决，不能采用激光加工工艺，为此研究开发激光加工防溅涂料。

如图6、7、8，在外表面加工R面轮廓时，直接溅伤T面内表面并间接溅伤S面内表面与R面内表面。在外表面加工T面轮廓时，直接溅伤R面内表面并间接溅伤S面内表面与T面内表面。为实现无激光溅伤加工，进行涂层防护，示意图如图9、10、11。

本实施例一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法，所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法具体为：首先配制特种材料激光切割防溅伤涂料，然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；涂料固化后进行激光切割加工操作；

涂层基料主要组成为白垩粉和快干石膏（快干石肓同时用作固化剂），两者的常规配比为5：1。稀释剂常规配比为1：10乳白胶与水的混合液。涂料与稀释剂分别配制待用，使用时按2：1配制，15分钟内涂覆完成，30分钟后涂料固化完成。清除涂层时，用清水浸泡冲刷，即可清除。

涂料常规涂覆厚度为0.5～1毫米。用平均功率为300瓦的YAG激光机加工时，直接溅射距离在50～100毫米时，直接溅射面的涂覆厚度增厚为1～2毫米。直接溅射距离在20～50毫米时，直接溅射面的涂覆厚度增厚为2～5毫米。

用平均功率为3000瓦的二氧化碳激光机加工时，直接溅射距离在200～500毫米时，直接溅射面的涂覆厚度增厚为1～3毫米。直接溅射距离在100～200毫米时，直接溅射面的涂覆厚度增厚为3～10毫米。

在涂料配方上，可以根据实际情况灵活掌握。快干石膏起固化作用，增加其比例，可以增强涂层的强度，提高防护效果，但也增加了涂层清理难度，可在必要时使用。清除涂层时，除用清水浸泡冲刷外，可用木质或塑料等材料的棒或板辅助戗刮去除。

乳白胶的作用是调节涂料的固化速度。在需防护的面积少，短时间可完成零件表面涂覆的零件，可以取消乳白胶的成份。在需防护的面积多，短时间内无法完成零件表面涂覆的零件，可以增加乳白胶的成份，使涂覆工作有更充分的操作时间。

涂料可以采用浸渍、刷涂、刮涂与抹涂等方法涂覆在零件上，可以多层涂覆。涂料固化完成后，加工前应进行修整工作。检查涂层质量，去除干涉加工的多余涂层，修补有缺陷的涂层等。

实施例2

一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法：首先配制特种材料激光切割防溅伤涂料，然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；涂料固化后进行激光切割加工操作；

所述涂料具体由基料、稀释剂构成，二者之间的质量比例关系具体为1：（1.5～3）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏（用作固化剂）按照质量比例关系为（4.5～5.5）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（8～12）配制而成的。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，首先配制第一次涂敷用特种材料激光切割防溅伤涂料,然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；

待涂层固化后，再配置防溅伤涂料，然后再次将该涂料涂敷在被保护的物体表面，如此共涂敷2次涂料；

在最后一次涂料固化后再进行激光切割加工操作。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：

关于涂料基料配制的具体要求是：根据涂刷用量配制基料，防间接溅伤用基料量为每平方米每遍0.5±0.1千克，防直接溅伤用量加倍；白垩粉与快干石膏的配比为5：1，要求充分混合后备用；

关于稀释剂配制的具体要求是：稀释剂备用量按基料质量的2～3倍配制。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，在激光切割加工之前共进行两次涂料涂覆操作：

配制第一遍涂料的要求：用于防间接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：1.5；

涂覆第一遍涂料的具体要求：在切割部位背面距离在500毫米以内有其它零件表面的为直接溅伤表面，要求涂料的涂覆厚度大于1毫米，在其它切割火花能够溅射到的表面为间接溅伤表面，涂覆厚度约为0.5±0.1毫米；要求涂覆第一遍涂料必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内完成，要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层；

配制第二遍涂料的要求：此过程在第一遍涂料开始后1小时后进行，将涂料基料与稀释剂混合并记录开始配制时间；用于防间接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：2；

涂覆第二遍涂料：直接溅伤表面涂覆总厚度大于3毫米，间接溅伤表面涂覆总厚度约为1±0.2毫米；涂覆第二遍涂料的过程必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内使用完成；要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，涂覆完成的零件在4小时之内进行加工，如果在4小时之内未进行加工，要求将涂层喷湿后使用。

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，在涂料涂覆操作之前，要求清理零件表面的灰尘、油污，水分，检查零件表面应无划碰伤；

在激光切割操作之后，用清水冲洗零件，对部分冲洗不掉的涂层进行清理（允许用硬塑料板刮戗辅助去除）。

过程中注意事项：

1）涂料基料与稀释剂必须分别配制并进行充分混合；2）过时剩余涂料作废，不允许继续使用或配制使用；3）如果用于非不锈钢、高温合金、钛合金材料的防护，需进行腐蚀试验；4）加工前，允许用试片调试加工参数、验证防护效果。

加工并清理后检验要求：检查零件表面应无激光火花溅伤，检查零件表面应无划碰伤，零件上不应留有未去除涂料。

实施例3

本实施例与实施例2内容基本相同，其主要不同之处在于：

所述涂料具体由基料、稀释剂构成，二者之间的质量比例关系具体为1：（1～5）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏按照质量比例关系为（4～6）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（5～15）配制而成的。

共涂敷4次涂料；在最后一次涂料固化后再进行激光切割加工操作。

Claims (7)

1.一种特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：

所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法具体为：首先配制特种材料激光切割防溅伤涂料，然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；涂料固化后进行激光切割加工操作；

所述涂料具体由基料、稀释剂构成，二者之间的质量比例关系具体为1：（1～5）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏按照质量比例关系为（4～6）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（5～15）配制而成的。

2.按照权利要求1所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，所述涂料中基料和稀释剂二者之间的质量比例关系具体为1：（1.5～3）；其中，基料具体为白垩粉和快干石膏按照质量比例关系为（4.5～5.5）：1进行配比得到；稀释剂具体为乳白胶与水按照质量比例关系为1：（8～12）配制而成的。

3.按照权利要求2所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，首先配制第一次涂敷用特种材料激光切割防溅伤涂料,然后使用该涂料涂敷在被保护的物体表面；

待涂层固化后，再配置防溅伤涂料，然后再次将该涂料涂敷在被保护的物体表面，如此共涂敷2～4次涂料；

在最后一次涂料固化后再进行激光切割加工操作。

4.按照权利要求3所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：

关于涂料基料配制的具体要求是：根据涂刷用量配制基料，防间接溅伤用基料量为每平方米每遍0.5±0.1千克，防直接溅伤用量加倍；白垩粉与快干石膏的配比为5：1，要求充分混合后备用；

关于稀释剂配制的具体要求是：稀释剂备用量按基料质量的2～3倍配制。

5.按照权利要求4所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：在激光切割加工之前共进行两次涂料涂覆操作：

配制第一遍涂料的要求：用于防间接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第一遍涂料基料与稀释剂的配比为1：1.5；

涂覆第一遍涂料的具体要求：在切割部位背面距离在500毫米以内有其它零件表面的为直接溅伤表面，要求涂料的涂覆厚度大于1毫米，在其它切割火花能够溅射到的表面为间接溅伤表面，涂覆厚度为0.5±0.1毫米；要求涂覆第一遍涂料必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内完成，要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层；

配制第二遍涂料的要求：此过程在第一遍涂料开始后1小时后进行，将涂料基料与稀释剂混合并记录开始配制时间；用于防间接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：3，用于防直接溅伤的第二遍涂料基料与稀释剂的配比为1：2；

涂覆第二遍涂料：直接溅伤表面涂覆总厚度大于3毫米，间接溅伤表面涂覆总厚度为1±0.2毫米；涂覆第二遍涂料的过程必须在涂料基料与稀释剂混合后15分钟内使用完成；要求涂层涂覆完成后的1小时固化时间内不要碰触涂层。

6.按照权利要求5所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：

涂覆完成的零件在4小时之内进行加工，如果在4小时之内未进行加工，要求将涂层喷湿后使用。

7.按照权利要求5所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法，其特征在于：所述特种材料切割加工防溅伤工艺方法中，还有下述要求：

在涂料涂覆操作之前，要求清理零件表面的灰尘、油污，水分，检查零件表面应无划碰伤；

在激光切割操作之后，用清水冲洗零件，对部分冲洗不掉的涂层进行清理。

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