CN1281368C - 将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其装置，属于激光应用技术领域中涉及的一种工艺方法及其装置；本发明要解决的技术问题是提供一种将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其激光切割头装置。解决技术问题的技术方案是通过聚焦透镜、激光切割头、氧气喷嘴、喷头调节支架、压缩空气喷头、压缩空气喷嘴构成的激光切割头装置实现的。在激光切割头安装一个调节支架，上面装有压缩空气喷头，可调节压缩空气喷嘴与氧气喷嘴之间的夹角在40°-50°范围内变化、压缩空气喷嘴到氧气喷嘴的距离为15-25mm范围内变化，压缩空气喷嘴到被切割的工件的距离在6-10mm范围内变化，压缩空气的气压为0.35～0.4MP，该方法及装置有效地解决了切割过程中的过热。
Description
一、技术领域
本发明属于激光应用技术领域中涉及的一种将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其激光切割头装置。
二、背景技术
在对金属管材进行激光切割加工时，会产生一些与平面金属板材工件切割时不同的现象，由于金属管材的结构特征，在激光切割时，不可避免地将产生的金属熔渣喷于管材切口另一侧的内表面上，致使管材工件的局部温度急速上升，特别是对于直径较小的管材，热效应更为明显，可直接导致激光切割质量的下降，甚至无法继续切割。因此，如何解决激光切割过程中金属管材局部过热问题，是提高激光切割质量必须考虑的问题。
本发明以前，用来解决激光切割金属管材过热的问题，有的是采用对金属管材内部通水冷却的办法，此方法对直径较小的管材还可以，但对于直径大于10mm以上的常用管材，由于耗水量较大，且对环境污染严重，实施很困难。与本发明最为接近的已有技术是最早由瑞士百超激光有限公司(BYSTRONIC)提出的“增压气冷法”，此种方法是通过在切割过程中加大辅助切割氧气气压的方法实现的。如图1所示，激光切割头整体包括聚焦透镜1、激光切割头2、氧气喷嘴3、被加工的切割工件4。聚焦透镜1置于激光切割头2内，氧气喷射方向与激光束发射方向相同且同轴，氧气和激光束同时从氧气喷嘴3射出，直接射到与激光束垂直，水平放置的被加工工件4上。通常对平面工件切割使用的氧压，一般在0.2MPa左右，采用加大氧气的办法，可将氧气压力加大到0.8MPa。加大氧压后，氧气既起到辅助激光切割的作用，又具有冷却被切割工件的作用，来解决金属管材在激光切割过程中的局部过热问题。然而，这种工艺方法，消耗氧气量是通常切割板材耗量的4-5倍，费用昂贵，且由于是在高压条件下工作，聚焦透镜易产生变形甚至损坏，因此设计时必须考虑到相关的防护措施，也增加了相应的制造成本等等。
三、发明内容
为了克服已有技术存在的缺点，本发明的目的在于有效地防止金属管材切割时工件上产生的局部过热问题，从而提高激光切割质量，同时又大大降低激光切割的成本，减少污染，特设计一种将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其激光切割头结构。
本发明要解决的技术问题是：提供一种将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法及其激光切割头装置。解决技术问题的技术方案如图2所示：激光切割头装置包括聚焦透镜5、激光切割头6、氧气喷嘴7、被切割的工件8、喷头调节支架9、压缩空气喷头10、压缩空气喷嘴11。
聚焦透镜5、激光切割头6、氧气喷嘴7构成了通用激光切割头，聚焦透镜5置于激光切割头6中，氧气的喷射与激光束发射方向同轴同向，发射的激光束与水平放置的被切割工件8垂直。在激光切割头6的偏上部位装有喷头调节支架9，两者之间刚性固联，在喷头调节支架9上装有压缩空气喷头10，压缩空气喷头10上带有压缩空气喷嘴11，调节喷头调节支架9可调节装在其上的压缩空气喷头10，使其上的压缩空气喷嘴11与氧气喷嘴7之间的夹角在40°-50°范围内改变，压缩空气喷嘴11到氧气喷嘴7的距离在15mm-25mm范围内变化，压缩空气喷嘴11到被切割工件8之间的距离在6mm-10mm范围内变化。
压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法是通过上述激光切割头装置实现的，进行激光切割之前，首先调节压缩空气喷头10上的压缩空气喷嘴11与氧气喷嘴7之间的夹角为45°角，压缩空气喷嘴11到氧气喷嘴7的距离为20mm，压缩空气喷嘴11到被切割工件8的距离为8mm，做到使压缩空气喷头10与氧气喷头7同步运动。氧压采用0.18Mpa-0.2MPa，接通的压缩空气的气压为0.35MPa～0.4Mpa，切割时先送氧，后送压缩空气，再打开激光器发射激光，切割完毕时，首先关闭压缩空气，停止发射激光，再关闭氧气。
本发明的积极效果：在常规激光切割金属平面板材的用氧压力下，将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺中，与单纯加大氧压相比，节省了大量的氧气耗量，降低了激光切割成本，压力是1.5-2.5倍氧压的压缩空气直接吹到被切割金属管材的表面，有效地降低了被切割处附近的温度，从而防止了金属管材切割时工件上产生的局部过热问题，进而提高了激光切割质量。
四、附图说明
图1是已有技术的激光切割工艺原理与激光切割头结构示意图，图2是本发明的激光切割工艺方法及激光切割头装置结构示意图，摘要附图亦采用图2。
五、具体实施方式
本发明按图2所示的激光切割头装置实施，激光器采用CO2轴流激光器，压缩空气喷头10和喷嘴11的材质均采用纯铜制作，喷头10利用管材内径采用Φ8mm，外径采用Φ10mm，喷嘴11的出口直径采用Φ3.2mm，喷头10和喷嘴11两者用铜焊连接，压缩空气喷嘴11的方向与氧气喷嘴7之间成45°夹角，压缩空气喷嘴11到氧气喷嘴7的距离采用20mm，压缩空气喷嘴11到被切割工件8之间的距离采用8mm，压缩空气喷嘴11的气压采用0.4MPa。
由图2所示的激光切割头装置，实施其将压缩空气引入激光切割金属管材的工艺方法中去，采用的氧压为0.18Mpa-0.2Mpa，压缩空气喷嘴11与氧气喷嘴7之间的夹角为45°，压缩空气的气压采用0.35Mpa-0.4Mpa，压缩空气喷嘴11与氧气喷嘴7之间的距离采用20mm，压缩空气喷嘴11到被切割工件8之间的距离采用8mm。
Claims (2)
1、将压缩空气用于激光切割金属管材的激光切割头装置，包括聚焦透镜、激光切割头、氧气喷嘴，被切割工件，其特征在于还包括喷头调节支架(9)、压缩空气喷头(10)、压缩空气喷嘴(11)；聚焦透镜(5)置于激光切割头(6)中，氧气的喷射与激光束发射方向同轴同向，发射的激光束与水平放置的被切割工件(8)垂直；在激光切割头(6)的偏上部位装有喷头调节支架(9)，两者之间刚性固联，在喷头调节支架(9)上装有压缩空气喷头(10)，压缩空气喷头(10)上带有压缩空气喷嘴(11)，调节喷头调节支架(9)可调节装在其上的压缩空气喷头(10)，使其上的压缩空气喷嘴(11)与氧气喷嘴(7)之间的夹角在40°～50°范围内改变，压缩空气喷嘴(11)到氧气喷嘴(7)的距离在15mm-25mm范围内变化，压缩空气喷嘴(11)到被切割工件(8)之间的距离在6mm-10mm范围内变化。
2、将压缩空气用于激光切割金属管材的工艺方法，其特征在于是通过权利要求1所述的激光切割头装置实现的，进行激光切割之前，首先调节压缩空气喷头(10)上的压缩空气喷嘴(11)与氧气喷嘴(7)之间的夹角为45°角，压缩空气喷嘴(11)到氧气喷嘴(7)的距离为20mm，压缩空气喷嘴(11)到被切割工件(8)的距离为8mm，做到使压缩空气喷头(10)与氧气喷头(7)同步运动，氧压采用0.18MPa-0.2MPa，接通的压缩空气的气压为0.35MPa-0.4MPa，切割时先送氧，后送压缩空气，再打开激光器发射激光，切割完毕时，首先关闭压缩空气，停止发射激光，再关闭氧气。
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