CN103358054A - 一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层。属于钢材切割技术领域。该涂层主要由以下化合物及其重量百分比含量组成：MgO 25-40％、Al₂O₃15-30％、SiO₂15-25％、TiO₂10-25％、CaF 5-15％、CaO 5-10％、MnO 2-10％、FeS₂0.5-5％、MoS₂0.5-5％组成。本发明提出的涂层为了克服背景技术中厚钢板激光切割背面难于去除熔渣的技术问题。本涂层适用于厚钢板的激光切割、等离子切割和火焰切割去除熔渣。

Description

一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层

技术领域

本发明申请提出的一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层属于钢材切割技术领域，特别涉及到激光切割厚钢板减少甚至消除钢板背面熔渣的技术。

背景技术

激光切割是一种应用广泛的加工技术。其工业应用始于上世纪70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌刀片，制造冲剪纸箱板的模具。经过30余年不断发展，激光切割技术获得了长足的进展，对于切割25mm以下钢板，切割技术已经比较成熟，切割质量较好，在工业界得到了广泛的认可。

近几年，随着世界经济的转型和快速增长，在重型压力容器、造船、核工业、海洋工程等领域对于25mm以上厚板的激光切割技术需求也越来越多。针对这一现状，国内外的研究人员也开展了一些探索性研究，切割过程中遇到的主要问题包括切割工艺窗口特别窄、切割质量不容易控制，尤其板材背面容易挂渣，这个问题是厚板激光切割过程中几乎无法回避的问题。厚板激光切割的挂渣问题严重影响切割质量，是激光切割技术领域亟待突破的关键技术之一，同时也能否把该技术成功应用到工业领域的核心问题之一。针对背面容易挂渣的问题，研究人员也进行了研究，解决的方法主要采用特殊设计的超音速切割喷嘴。但这种方法也存在一定的局限性，主要表现在以下三方面，1、获得良好切割效果的工艺窗口较窄，外部条件略微变化容易影响切割质量；2、切割喷嘴内孔的形状复杂，为多段高阶曲线圆滑连接，加工困难，很难保证切割喷嘴的加工精度；3、为了实现超音速切割气流，切割时需要的气体压力较高，气体的消耗量增加，切割成本增加。

为了能消除厚钢板激光切割背面挂渣还需要一种更有效更好的措施。

发明内容

为了解决背景技术中厚钢板激光切割背面熔渣的技术问题，本发明提出一种在厚钢板背面涂敷一涂层，从而有效的消除厚钢板激光切割背面产生的熔渣。

本发明的技术方案如下：

1.一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层，其特征在于，该厚钢板背面的涂层由以下的化合物及其重量百分比含量组成：

2.组成上述涂层的每种化合物均为小于300目的细粉。

3.组成上述涂层与水玻璃粘合剂混合，该涂层与水玻璃粘合剂的混合重量比为1∶0.2～1.0。

4.在厚钢板背面的上述涂层的涂敷厚度为0.5-1.5mm。

本发明是对现有的厚钢板激光切割技术的一种有益补充，无需改变现有切割技术的任何工艺，只需要预先在待切割板材背面刷上涂层，就能解决切割粘渣问题。本发明能够有效地扩大获得良好切割质量的工艺窗口，降低了对切割工艺条件波动的敏感度，有助于厚板激光切割技术在实际工程中的推广应用。本发明适用于多种激光切割过程，包括固体激光、气体激光和化学激光等，本发明还适用于火焰切割、等离子切割过程中减少甚至消除背面挂渣的问题，本发明也适用于碳钢板和不锈钢板的切割过程。

附图说明

图1是本发明提出的用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层的示意图。

从激光切割喷嘴5出射的激光束4对待切割的厚金属板1进行激光切割，切割气流3与激光束4共同作用形成切割熔化区域6和切缝的内壁2，由于待切割的金属板材1的背面涂敷有防止熔渣的涂层7，因此，激光切割形成熔渣不会粘接的金属板材1的背面，从而形成脱落的熔渣8。

为了解决厚钢板切割挂渣的问题，首先必须了解挂渣产生的原因，综合分析国内外的研究成果可知，激光切割厚钢板背面挂渣问题的原因主要集中在以下3方面：

1.在激光切割厚板过程中，从同轴喷嘴中喷出的高速气流要通过狭长的切缝，高速气流不断与切缝壁面摩擦，逐渐降低了速度，到达厚板的下表面时气流的流速已经降低很多，即气体吹除熔融金属的动能降低很多，造成切割辅助气体对熔融金属的去除能力大为减弱。

2.激光切割厚板时，板的下表面切割前沿附近的温度相对较低，其附近熔渣的温度也较低，熔渣的黏度系数和表面张力较高，使熔渣不容易被切割气流带走，容易在背面形成挂渣。

3.激光切割厚板时，同轴切割气流穿过切割缝隙并通过切割板料下表面时，突然的约束条件变化和切缝拐角使得部分气流产生了向外回旋，该部分气流推动部分高温熔化物质向切缝两侧运动，冷却后就会熔接在切缝两旁，形成熔渣。

本发明主要从后面2项原因着手解决挂渣问题，具体采用的技术方案是在待切割厚板的下表面涂敷上一层防粘渣的涂层，激光切割工艺仍然采用原始的切割工艺，不需要任何改变，就可以解决背面挂渣问题。

涂层的成分是要经过特殊设计的，不能采用油性物质，油性物质在低温时可以有效地防渣，但切割过程中切缝附近的高温会使油性物质迅速蒸发，达不到防止粘渣的目的。涂层成分的选择应该遵循以下几点原则；1)涂层中物质能够降低熔融金属的表面张力和粘度系数，增加高温熔渣的流动性，使其更容易被切割气流吹除；2)涂层中的物质熔点要比较高，高于高温液态熔渣的温度，高温液态熔渣被切割气流带动向切缝两侧流动过程中遇到涂层，涂层不会被熔渣熔化，依然保持固态，有效地阻止了熔渣向切缝两侧扩张，使高温液态熔渣大部分聚集在切缝正下方，在高速切割气流的作用下迅速脱离板材，就不会形成粘渣；3)涂层物质能够与金属熔渣迅速反应，生成大量较脆、硬的渣壳类物质，即使粘到板的背面也很容易清除干净。

本发明提出的用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层是根据上述三个原则设计而得到的，并获得优良的防熔渣效果。

具体实施方式

实施例一

涂层的组成分及其重量百分比含量

将所需要的各种组成分原料研磨成细粉，用300目的细筛子过筛，获得小于300目的细粉，过筛后按照配比称重，混合后放入干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后放入湿搅拌器中，加入水玻璃粘合剂，其中各种组成分和水玻璃粘合剂按照重量比为1/0.6，充分搅拌均匀。切割试验前，用细毛刷和小刮板将配方涂于待切割的厚钢板背面，涂层厚度控制在0.5mm至1.5mm之间。实验条件如下所列：

钢板材料：Q 235

钢板尺寸：30mm厚×200mm长×200mm宽

激光功率：5000W

焦距长度：600mm

切割速度：0.5m/min

切割气体：99.9％的氧气

切割压力：3.0bar

喷嘴直径：3.5

喷嘴到工件表面距离：1.5mm

为了对比涂层的防止粘渣的效果，实验在同一块30mm厚的钢板上分别切割两条缝。在切割第一条缝前，把涂层均匀涂在待切割的钢板背面，然后在涂层的正上方进行切割。切割完第一条缝后对钢板进行冷却，使钢板的温度恢复到室温，然后切割第二条缝，注意第二条切缝位置的选择，一定确保切缝的背面没有涂层。

两条切缝完成后对比效果，第一条切缝的背面没有粘渣，而第二条切缝的背面粘渣严重，在切缝的两侧沿着切缝方向形成了两条结实的熔渣条，难于清除。

实施例二

涂层的组成分及其重量百分比含量

将所需要的各种组合物原料研磨成细粉，用300目的细筛子过筛，获得小于300目的细粉，过筛后按照配比称重，混合后放入干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后放入湿搅拌器中，加入水玻璃粘合剂，其中粉末和水玻璃粘合剂按照重量比为1/0.4，充分搅拌均匀。切割试验前，用细毛刷和小刮板将配方涂于待切割的厚钢板背面，涂层厚度控制在0.5mm至1.5mm之间。实验条件如下所列：

钢板材料：304不锈钢

钢板尺寸：25mm厚×200mm长×200mm宽

激光功率：6000W

焦距长度：600mm

切割速度：0.15m/min

切割气体：99.9％的氧气

切割压力：9.0bar

喷嘴直径：3.5

喷嘴到工件表面距离：1.5mm

为了对比涂层防止粘渣的效果，实验在同一块25mm厚的不锈钢板上分别切割两条缝。在切割第一条缝前，把涂层均匀涂在待切割的钢板背面，然后在涂层的正上方进行切割。切割完第一条缝后对钢板进行冷却，使钢板的温度恢复到室温，然后切割第二条缝，注意第二条切缝位置的选择，一定确保切缝的背面没有涂层。

两条切缝完成后对比效果，第一条切缝的背面有很少量粘渣，而第二条切缝的背面粘渣严重，熔渣较长而且坚硬，难于清除。

Claims (4)

1.一种用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层，其特征在于，该厚钢板背面的涂层由以下的化合物及其重量百分比含量组成：

。

2.根据权利要求1所述的用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层，其特征在于，组成上述涂层的每种化合物均为小于300目的细粉。

3.根据权利要求1所述的用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层，其特征在于，上述涂层与水玻璃粘合剂混合，该涂层与水玻璃粘合剂的混合重量比为1∶0.2～1.0。

4.根据权利要求1所述的用于消除厚钢板激光切割背面熔渣的涂层，其特征在于，在厚钢板背面上述涂层的涂敷厚度为0.5-1.5mm。 

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