CN114309975A - 一种激光切割防过烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光切割防过烧的工艺，属于激光切割技术领域，适用于减少激光切割过程中在接刀处、拐角处由于热量过于集中而引起过烧出现熔融缺口。本发明一种激光切割防过烧的工艺通过将板材的切割路径分成分为常规工艺切割段和防过烧工艺切割段并分别采用常规切割工艺和防过烧切割工艺进行切割，常规切割工艺能满足产品特性进行正常切割加工，防过烧切割工艺利用降低切割速度、降低激光脉冲占空比及频率和提前关光等方法来减少接刀处或拐角处的激光能量，有效避免在接刀处、拐角处激光切割时发生过烧现象。
Description
技术领域
本发明属于激光切割工艺技术领域，涉及一种激光切割防过烧工艺，是一种避免因激光切割时产生大量热量导致切割材料表面过烧以及导致在切割材料表面堆积熔融金属的工艺。
背景技术
激光切割头在切割金属板材的时候，有时会发生材料过烧的现象，这种问题多是由于激光切割头在切割过程中产生了大量的热量，热量无法得到有效的扩散，使板材边缘发生烧熔的现象。另外在厚板切割中，穿孔时所产生的堆积在材料表面的熔融金属以及热量积累会使辅助气流紊乱、热量输入过多，从而引发过烧。如图1和图3示出的闭合的圆形、椭圆形的接刀口处以及图2示出的轮廓的拐角处，按常规切割工艺在接刀口处或拐角处切割时，通常会发生过烧的现象，形成熔损区200。现有的激光切割防过烧的工艺，基本上是在接刀口处或拐角处略作停顿，再进行切割，切割过程会出现中止，影响切割效率，同时切割的效果也不甚理想。激光切割中，在平均功率一定时，激光脉冲的占空比减小，则峰值功率会变大。每次脉冲照射时的能量会相应增加，每一激光脉冲的加工量增加，会使板厚方向的加工能力提高。同时由于激光脉冲的占空比减小，脉冲照射停止时间也会同时增加，这能减少激光能量的释放时间，抑制过烧或熔融的冷却能力也会相应增强。因此，如何在保证切割能力的同时，降低在接刀口处或者拐角处的热影响，这就成为了解决激光切割过烧问题的关键。
发明内容
针对背景技术中存在的激光切割在接刀口处或拐角处易发生过烧的缺陷，本发明通过激光脉冲的频率和占空比与平均功率的关系并结合切割速度与切割质量之间的关系，研究出了一种激光切割防过烧工艺。
本发明解决技术问题的技术方案具体如下：
本发明一种激光切割防过烧工艺，它的特点是，激光切割方式采用脉冲方式，将待切割板材的切割路径分为常规工艺切割段和防过烧工艺切割段并分别采用常规切割工艺和防过烧切割工艺进行切割，常规切割工艺为根据待切割板材特性及切割要求所制定的正常切割工艺，防过烧切割工艺为对常规切割工艺作出的调整，防过烧工艺切割段位于切割路径中的接刀口处或拐角处，其余路径为常规工艺切割段，接刀口处或拐角处的长度为2-4mm，接刀口处或拐角处两侧0.2mm～0.5mm的路径称为过渡切割段；
当防过烧切割工艺应用于接刀口处时，激光束自常规工艺切割段进入接刀口处并切割至该接刀口处结束，激光束从进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小85～90％，然后在切割接刀口处余下的切割路径至结束时，该切割速度呈线性减小至0，同时激光脉冲占空比和频率在激光束刚进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，也由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小5～10％，然后以该恒定值持续至接刀口处切割结束；
当防过烧切割工艺应用于拐角处时，激光束自常规工艺切割段进入拐角处切割完后再进入常规工艺切割段切割，激光束从进入拐角处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小10～20％，同时激光脉冲占空比和频率由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小70～90％，然后以此切割速度及激光脉冲占空比和频率切割至拐角处另一侧过渡切割段，并自该侧过渡切割段开始至结束，呈线性恢复切割速度、激光脉冲占空比和频率至常规切割工艺的正常切割速度、激光脉冲占空比和频率并继续切割。
进一步地，所述防过烧工艺用于以氧气为辅助气体的碳钢切割中，如碳钢板材的闭合图形的接刀口处或轮廓的拐角处等。
进一步地，所述防过烧工艺也可以用于以氮气、压缩空气作为辅助气体的金属板材切割中，如不锈钢、铝合金、铜、紫铜等材料的板材。
进一步地，所述拐角处的角度小于90度。
相对于现有技术，本发明所述的一种激光切割防过烧工艺，可以很好的应用于各类材质及厚度的板材切割中，通过降低激光腾冲占空比、频率来减少激光能量的热影响，同时降低切割速度确保接刀口处及拐角处能被完全切透，并不挂渣，有效避免板材在闭合图形的接刀口处或轮廓的拐角处发生过烧现象和熔融缺口，同时，整个切割过程不中止切割，有效保证激光的切割效率。
附图说明
图1为采用常规切割工艺时在闭合圆形的接刀口处发生过烧的示意图；
图2为采用常规切割工艺时在轮廓的拐角处发生过烧的示意图；
图3为采用常规切割工艺时在闭合椭圆形的接刀口处发生过烧的示意图；
图4为本发明中在闭合圆形接刀口处采用防过烧工艺切割的示意图；
图5为本发明中在轮廓拐角处采用防过烧工艺切割的示意图；
图6为本发明中在闭合椭圆形接刀口处采用防过烧工艺切割的示意图；
图7为本发明中常规切割工艺过渡到防过烧切割工艺时热影响示意图；
图8为本发明中防过烧切割工艺在接刀口处的激光脉冲占空比、频率及切割速度的变化示意图；
图9为本发明中防过烧切割工艺在拐角处的激光脉冲占空比、频率及切割速度的变化示意图；
图中：11、激光束，12、热影响区，13、接刀口位置，14、切缝，101、常规工艺切割段，102、接刀口处的防过烧工艺切割段，103、拐角处的防过烧工艺切割段，200、熔损区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
如图1-3所示，通过激光切割金属板材时，对板材的接刀口、拐角处采用常规切割工艺易形成熔损区200，造成过烧。通过图1至图3可以看出，在接刀处及拐角处有明显的凹状缺口，对于以氧气作为辅助切割气体的碳钢尤为明显。
为改善上述现象，如图4至图9所示，本发明一种激光切割防过烧工艺，激光切割方式采用脉冲方式，将待切割板材的切割路径分为常规工艺切割段101和防过烧工艺切割段(如：图4与图6示出的接刀口处的防过烧工艺切割段102，以及图5示出的拐角处的防过烧工艺切割段103)并分别采用常规切割工艺和防过烧切割工艺进行切割，常规切割工艺为现有技术中根据待切割板材特性及切割要求所制定的正常切割工艺，包括切割速度、激光脉冲占空比和频率等参数，防过烧切割工艺为对常规切割工艺各参数作出的调整，防过烧工艺切割段位于切割路径中的接刀口处或拐角处，其余路径为常规工艺切割段，接刀口处或拐角处的长度为2-4mm，接刀口处或拐角处两侧0.2mm～0.5mm的路径称为过渡切割段。
如图4及图6-8所示，当防过烧切割工艺应用于接刀口处时，激光束11自常规工艺切割段101向接刀口处的防过烧工艺切割段102进行切割，在激光束进入接刀口13处并切割至该接刀口处结束时使用该防过烧切割工艺，当激光束11从进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，如图8所示，即激光束从A1点切割至A点，完成接刀口处这一侧过渡切割段0.2mm～0.5mm距离的切割，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小85～90％，然后在切割接刀口处余下的切割路径至结束时，即从A点到B1点，该切割速度呈线性减小至0，同时激光脉冲占空比和频率在激光束刚进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，即激光束从A1点至A点，也由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小5～10％，然后以该恒定值持续至接刀口处切割结束。本实施例中，对于一些薄板，激光束也可以提前关光，以达到更好的切割效果。
如图5和图9所示，当防过烧切割工艺应用于拐角处时，如应用于角度小于90°的拐角处，激光束自常规工艺切割段进入拐角处切割完后再进入常规工艺切割段切割。如图9所示，切割时A1点到A点以及B点到B1点为拐角处两侧两个过渡切割段的切割，激光束从进入拐角处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，即从A1点到A点，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小10～20％，同时激光脉冲占空比和频率由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小70～90％，然后以此切割速度及激光脉冲占空比和频率切割至拐角处另一侧过渡切割段，即从A点到B点，然后自该侧的过渡切割段(即B点到B1点)开始至结束，呈线性恢复切割速度、激光脉冲占空比和频率至常规切割工艺的正常切割速度、激光脉冲占空比和频率并继续切割。
本实施例所述的一种激光切割防过烧工艺，主要用于以氧气为辅助气体的碳钢切割中，也可以用于以氮气、压缩空气作为辅助气体的金属板材切割中，如不锈钢、铝合金、铜、紫铜等材质的板材。以下述几组实验数据详细说明：
表一
表二
表三
参考表一，以10mm、20mm厚热轧碳钢板为实验对象，用相同的切割机设备，分别以常规切割工艺和防过烧切割工艺对上述钢板多次切割验证。在接刀口处和拐角处，两种工艺切割的效果明显，防过烧工艺下的接刀口处、拐角处光顺，无明显过烧痕迹和熔融缺口。
参考表二、表三，本发明不限于以氧气为辅助切割气体的碳钢切割，其原理对以氮气、压缩空气等作为辅助切割气体的其他金属材料切割同样适用。本实施例以5mm、20mm厚不锈钢为切割材料，分别用氮气、压缩空气切割进行实验验证。在接刀口和拐角处，使用防过烧切割工艺的效果明显优于常规切割工艺的。
Claims (4)
1.一种激光切割防过烧工艺，其特征在于：激光切割方式采用脉冲方式，将待切割板材的切割路径分为常规工艺切割段和防过烧工艺切割段并分别采用常规切割工艺和防过烧切割工艺进行切割，常规切割工艺为根据待切割板材特性及切割要求所制定的正常切割工艺，防过烧切割工艺为对常规切割工艺作出的调整，防过烧工艺切割段位于切割路径中的接刀口处或拐角处，其余路径为常规工艺切割段，接刀口处或拐角处的长度为2-4mm，接刀口处或拐角处两侧0.2mm～0.5mm的路径称为过渡切割段；
当防过烧切割工艺应用于接刀口处时，激光束自常规工艺切割段进入接刀口处并切割至该接刀口处结束，激光束从进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小85～90％，然后在切割接刀口处余下的切割路径至结束时，该切割速度呈线性减小至0，同时激光脉冲占空比和频率在激光束刚进入接刀口处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，也由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小5～10％，然后以该恒定值持续至接刀口处切割结束；
当防过烧切割工艺应用于拐角处时，激光束自常规工艺切割段进入拐角处切割完后再进入常规工艺切割段切割，激光束从进入拐角处一侧的过渡切割段开始至该过渡切割段结束时，切割速度由常规切割工艺中的正常切割速度呈线性减小10～20％，同时激光脉冲占空比和频率由常规切割工艺中激光脉冲占空比和频率的正常值呈线性减小70～90％，然后以此切割速度及激光脉冲占空比和频率切割至拐角处另一侧过渡切割段，并自该侧过渡切割段开始至结束，呈线性恢复切割速度、激光脉冲占空比和频率至常规切割工艺的正常切割速度、激光脉冲占空比和频率并继续切割。
2.根据权利要求1所述的一种激光切割防过烧工艺，其特征在于：所述防过烧工艺用于以氧气为辅助气体的碳钢切割中。
3.根据权利要求1所述的一种激光切割防过烧工艺，其特征在于：所述防过烧工艺用于以氮气、压缩空气作为辅助气体的金属板材切割中。
4.根据权利要求1所述的一种激光切割防过烧工艺，其特征在于：所述拐角处的角度小于90度。
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