CN103203542A - 一种钛合金的激光切割工艺及辅助激光切割系统 - Google Patents

一种钛合金的激光切割工艺及辅助激光切割系统 Download PDF

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付兴建
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Abstract

为了保证钛合金的激光切割质量，并防止钛合金在激光切割过程中发生氧化，并更好的辅助将汽化的金属吹走而避免挂渣的形成，本发明提供了一种激光切割工艺：在氦气保护的条件下将激光束聚焦到钛合金工件上，由于受到高功率密度的激光光斑照射，被激光光斑照射的工件瞬间汽化，汽化过程中，配合辅助切割高压水流将汽化的金属吹走，从而实现工件的切割，并且能很好的避免挂渣的形成，能得到光滑的切割面。

Description

一种钛合金的激光切割工艺及辅助激光切割系统
技术领域
本发明涉及一种激光切割工艺，具体涉及一种钛合金的激光切割工艺及辅助激光切割系统。
背景技术
激光切割是由激光器所发出的水平激光束经45°全反射镜变为垂直向下的激光束，后经透镜聚焦，在焦点处聚成一极小的光斑，在光斑处会焦的激光功率密度高达106～109W/cm2。处于其焦点处的工件受到高功率密度的激光光斑照射，会产生10000℃以上的局部高温，使工件瞬间汽化，再配合辅助切割气体将汽化的金属吹走，从而将工件切穿成一个很小的孔，随着数控机床的移动，无数个小孔连接起来就成了要切的外形。由于激光切割的频率非常高，所以每个小孔连接处非常光滑，切割出来的产品光洁度很高。其中，辅助切割气体是对于激光切割来说是非常重要的工艺参数，切割不同的金属材料选用相应的切割辅助气体才能取得好的切割质量：
结构钢该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。
不锈钢切割不锈钢需要：使用氧气，在边缘氧化不要紧的情况下；使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。
铝尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。
钛钛板材用氦气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。
铜和黄铜两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。
在激光切割时，由于气流的压力的原因，容易形成挂渣等不利问题而影响切割质量，并且该领域的技术人员已经形成了利用气体来辅助将汽化的金属吹走的思维定式，这制约了激光切割的进一步的发展。如果能够更好的辅助将汽化的金属吹走而避免挂渣的形成并提高切割质量，是目前亟待解决的技术问题。
尤其在钛合金切割时，钛合金的极易氧化，如何避免氧化的发生至关重要。
发明内容
当被切割金属为钛合金时，为了保证激光切割质量，更好的辅助将汽化的钛合金吹走而避免挂渣的形成，本发明提供了一种钛合金激光切割工艺：在氦气体保护的条件下将激光束聚焦到钛合金工件上，由于受到高功率密度的激光光斑照射，被激光光斑照射的工件瞬间汽化，汽化过程中，配合辅助切割高压水流将汽化的钛合金吹走，从而实现工件的切割，利用此种切割方法适合多种金属的切割，并且能很好的避免挂渣的形成，能得到光滑的切割面，氦气有对钛合金有很好的保护效果。
一种实现上述激光切割工艺的辅助激光切割系统：所述辅助激光切割系统包括夹持装置、水气管；所述夹持装置包括横向夹持连接部、纵向夹持连接部；所述横向夹持连接部包括上夹持部，下夹持部；上夹持部同下夹持部结构相同，均包括左连接端、中半圆弧段、右连接端；左连接端和右连接端上均具有螺钉孔，上夹持部和下夹持部扣合并通过左连接端和右连接端的螺钉孔由螺钉螺母固定，激光头被上夹持部和下夹持部的中半圆弧段构成的圆形结构夹紧；所述右连接端上具有横向滑槽，所述纵向夹持连接部上具有纵向滑槽，水气管连接于纵向夹持连接部的下端，所述水气管的角度能调整，通过横向滑槽与纵向滑槽滑动配合，所述纵向夹持连接部能带动水气管在水平方向和竖直方向移动；所述水气管由管身和管头构成，所述水气管被管中隔分为保护气通道和高压水通道，所述水气管具有钛制管身和钛制管头，管头的上端同所述管身螺纹连接，连接后并用密封胶密封，管头上端的内径同管身的内径相等，管头的下端开口为一窄缝，所述窄缝的长度大于管身的内径，所述保护气通道的窄缝的缝宽大于所述激光切割割缝的缝宽，所述高压水通道的窄缝的缝宽小于激光切割割缝的缝宽；通过调整所述水气管的角度使得所述管头的下端同工件上表面保持平行；并使得所述窄缝同激光切割缝对准，此时保护气通道位于高压水通道的前方，保护气通道通入氦气，从而钛合金工件在激光切割时受到氦气保护，而切割高压水流能将汽化的钛合金吹走。
优选的，所述保护气通道的窄缝的缝宽为0.8-1.2mm；
优选的，所述高压水通道的窄缝的缝宽为0.2-0.5mm。
在激光切割时受到氦气保护，能很好的防止钛合金在激光切割过程中发生氧化，通过利用高压水将汽化的钛合金吹走，能够改善高压气体将汽化的金属吹走的不足，通过上述技术方案能够更好的辅助将汽化的钛合金吹走，避免挂渣的形成并提高切割质量，克服了技术偏见，并具有预料不到的技术效果。
附图说明
图1本发明的辅助激光切割系统一优选实施例的示意图；
图2本发明所述的夹持装置的一优选实施例的示意图。
图中：1、加工平台；2、加工工件；3、氦氖激光束；4、激光头；5、管中隔；6、水气管；7、管头；8、横向夹持连接部；9、纵向夹持连接部；10、螺钉；11、横向滑槽；12、纵向滑槽；13、管身；14、保护气通道；15、中半圆弧段；16、右连接端；17、左连接端；18、高压水通道。
具体实施方式
具体实施例1
一种钛合金激光切割工艺：在氦气体保护的条件下将激光束聚焦到钛合金工件上，由于受到高功率密度的激光光斑照射，被激光光斑照射的工件瞬间汽化，汽化过程中，配合辅助切割高压水流将汽化的钛合金吹走，从而实现工件的切割，利用此种切割方法适合多种金属的切割，并且能很好的避免挂渣的形成，能得到光滑的切割面，氦气有对钛合金有很好的保护效果。
一种实现钛合金的激光切割工艺的辅助激光切割系统：所述辅助激光切割系统包括夹持装置、水气管；所述夹持装置包括横向夹持连接部、纵向夹持连接部；所述横向夹持连接部包括上夹持部，下夹持部；上夹持部同下夹持部结构相同，均包括左连接端、中半圆弧段、右连接端；左连接端和右连接端上均具有螺钉孔，上夹持部和下夹持部扣合并通过左连接端和右连接端的螺钉孔由螺钉螺母固定，激光头被上夹持部和下夹持部的中半圆弧段构成的圆形结构夹紧；所述右连接端上具有横向滑槽，所述纵向夹持连接部上具有纵向滑槽，水气管连接于纵向夹持连接部的下端，所述水气管的角度能调整，通过横向滑槽与纵向滑槽滑动配合，所述纵向夹持连接部能带动水气管在水平方向和竖直方向移动；所述水气管由管身和管头构成，所述水气管被管中隔分为保护气通道和高压水通道，所述水气管具有钛制管身和钛制管头，管头的上端同所述管身螺纹连接，连接后并用密封胶密封，管头上端的内径同管身的内径相等，管头的下端开口为一窄缝，所述窄缝的长度大于管身的内径，所述保护气通道的窄缝的缝宽大于所述激光切割割缝的缝宽，所述高压水通道的窄缝的缝宽小于激光切割割缝的缝宽；通过调整所述水气管的角度使得所述管头的下端同工件上表面保持平行；并使得所述窄缝同激光切割缝对准，此时保护气通道位于高压水通道的前方，保护气通道通入氦气，从而钛合金工件在激光切割时受到氦气保护，而切割高压水流能将汽化的钛合金吹走；所述保护气通道的窄缝的缝宽为0.8mm；所述高压水通道的窄缝的缝宽为0.2mm。
在激光切割时受到氦气保护，能很好的防止钛合金在激光切割过程中发生氧化，通过利用高压水将汽化的钛合金吹走，能够改善高压气体将汽化的金属吹走的不足，通过上述技术方案能够更好的辅助将汽化的钛合金吹走，避免挂渣的形成并提高切割质量，克服了技术偏见，并具有预料不到的技术效果。
具体实施例2
一种钛合金激光切割工艺：在氦气体保护的条件下将激光束聚焦到钛合金工件上，由于受到高功率密度的激光光斑照射，被激光光斑照射的工件瞬间汽化，汽化过程中，配合辅助切割高压水流将汽化的钛合金吹走，从而实现工件的切割，利用此种切割方法适合多种金属的切割，并且能很好的避免挂渣的形成，能得到光滑的切割面，氦气有对钛合金有很好的保护效果。
一种实现钛合金的激光切割工艺的辅助激光切割系统：所述辅助激光切割系统包括夹持装置、水气管；所述夹持装置包括横向夹持连接部、纵向夹持连接部；所述横向夹持连接部包括上夹持部，下夹持部；上夹持部同下夹持部结构相同，均包括左连接端、中半圆弧段、右连接端；左连接端和右连接端上均具有螺钉孔，上夹持部和下夹持部扣合并通过左连接端和右连接端的螺钉孔由螺钉螺母固定，激光头被上夹持部和下夹持部的中半圆弧段构成的圆形结构夹紧；所述右连接端上具有横向滑槽，所述纵向夹持连接部上具有纵向滑槽，水气管连接于纵向夹持连接部的下端，所述水气管的角度能调整，通过横向滑槽与纵向滑槽滑动配合，所述纵向夹持连接部能带动水气管在水平方向和竖直方向移动；所述水气管由管身和管头构成，所述水气管被管中隔分为保护气通道和高压水通道，所述水气管具有钛制管身和钛制管头，管头的上端同所述管身螺纹连接，连接后并用密封胶密封，管头上端的内径同管身的内径相等，管头的下端开口为一窄缝，所述窄缝的长度大于管身的内径，所述保护气通道的窄缝的缝宽大于所述激光切割割缝的缝宽，所述高压水通道的窄缝的缝宽小于激光切割割缝的缝宽；通过调整所述水气管的角度使得所述管头的下端同工件上表面保持平行；并使得所述窄缝同激光切割缝对准，此时保护气通道位于高压水通道的前方，保护气通道通入氦气，从而钛合金工件在激光切割时受到氦气保护，而切割高压水流能将汽化的钛合金吹走；所述保护气通道的窄缝的缝宽为1.2mm；所述高压水通道的窄缝的缝宽为0.5mm。
在激光切割时受到氦气保护，能很好的防止钛合金在激光切割过程中发生氧化，通过利用高压水将汽化的钛合金吹走，能够改善高压气体将汽化的金属吹走的不足，通过上述技术方案能够更好的辅助将汽化的钛合金吹走，避免挂渣的形成并提高切割质量，克服了技术偏见，并具有预料不到的技术效果。

Claims (4)

1.一种钛合金的激光切割工艺，其特征在于：在氦气体保护的条件下将激光束聚焦到钛合金工件上，由于受到高功率密度的激光光斑照射，被激光光斑照射的工件瞬间汽化，汽化过程中，配合辅助切割高压水流将汽化的钛合金吹走，从而实现工件的切割，利用此种切割方法适合多种金属的切割，并且能很好的避免挂渣的形成，能得到光滑的切割面。
2.一种实现如权利要求1所述的钛合金的激光切割工艺的辅助激光切割系统，其特征在于：所述辅助激光切割系统包括夹持装置、水气管；所述夹持装置包括横向夹持连接部、纵向夹持连接部；所述横向夹持连接部包括上夹持部，下夹持部；上夹持部同下夹持部结构相同，均包括左连接端、中半圆弧段、右连接端；左连接端和右连接端上均具有螺钉孔，上夹持部和下夹持部扣合并通过左连接端和右连接端的螺钉孔由螺钉螺母固定，激光头被上夹持部和下夹持部的中半圆弧段构成的圆形结构夹紧；所述右连接端上具有横向滑槽，所述纵向夹持连接部上具有纵向滑槽，水气管连接于纵向夹持连接部的下端，所述水气管的角度能调整，通过横向滑槽与纵向滑槽滑动配合，所述纵向夹持连接部能带动水气管在水平方向和竖直方向移动；所述水气管由管身和管头构成，所述水气管被管中隔分为保护气通道和高压水通道，所述水气管具有钛制管身和钛制管头，管头的上端同所述管身螺纹连接，连接后并用密封胶密封，管头上端的内径同管身的内径相等，管头的下端开口为一窄缝，所述窄缝的长度大于管身的内径，所述保护气通道的窄缝的缝宽大于所述激光切割割缝的缝宽，所述高压水通道的窄缝的缝宽小于激光切割割缝的缝宽；通过调整所述水气管的角度使得所述管头的下端同工件上表面保持平行；并使得所述窄缝同激光切割缝对准，此时保护气通道位于高压水通道的前方，保护气通道通入氦气，从而钛合金工件在激光切割时受到氦气保护，而切割高压水流能将汽化的钛合金吹走。
3.根据权利要求2所述的辅助激光切割系统，其特征在于：所述保护气通道的窄缝的缝宽为0.8-1.2mm。
4.根据权利要求3所述的辅助激光切割系统，其特征在于：所述高压水通道的窄缝的缝宽为0.2-0.5mm。
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