DD156953A1

DD156953A1 - Verfahren zum laserschneiden reaktiver metalle

Info

Publication number: DD156953A1
Application number: DD22695981A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Roloff; Hans Froehlich; Dietrich Schiefelbein; Herbert Mehlig; Rolf Roder
Original assignee: Roloff Hans Joachim; Hans Froehlich; Dietrich Schiefelbein; Herbert Mehlig; Rolf Roder
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1981-01-13
Publication date: 1982-10-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Laserschneiden reaktiver Metalle, insbesondere von Zirkonium und aehnlicher Werkstoffe. Ziel ist, die Leistungsfaehigkeit des Laserschneidens an reaktiven Metallen zu verbessern und das Anwendungsgebiet zu erweitern. Es sind Massnahmen vorzuschlagen, die es gestatten, Qualitaetsschnitte an reaktiven Metallen mit im wesentlichen gratfreien Schnittkanten mit geringer Laserleistung und geringem technischem Aufwand herzustellen. Erfindungsgemaess wird die Verbrennungsgeschwindigkeit des reaktiven Metalls dessen Verdampfungsgeschwindigkeit angepasst, wobei unter Verwendung eines Schneidgases, bestehend aus 65-75 % Argon und 25-35 % Sauerstoff, die Schneidgasmenge entsprechend der Bedingung Q = e hoch -1 x InN und die Schnittgeschwindigkeit entsprechend der Bedingung v = K x s hoch -1 x Wurzel aus N eingestellt werden, wobei Q = Schneidgasmenge in m hoch 3/h N = Laserleistung in W,s = Schnittdicke in mm,K = Materialfaktor mit K = 25...120, insbesondere bei Zirkonium 30...50 bedeuten.

Description

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Verfahren zum Laser schneiden reaktiver Metalle

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserschneiden reaktiver Metalle, insbesondere von Zirkonium und ähnlicher Werkstoffe, unter Verwendung ."bekannter Gasleistungslaseranlagen zur Herstellung,von im wesentlichen gratfreien Schnittkanten.

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß zum Laserschneiden verschiedenartige Schneidgase eingesetzt werden. Beim Laserschneiden von Metallen wird vorzugsweise Sauerstoff oder Luft verwendet. In diesem Fall wird vom Laserbrennschneiden gesprochen, weil die exotherme Verbrennungswärme der Metall« Sauerstoffreaktion genutzt wird, um die Schnittgeschwindigkeit zu steigern· Werden inerte Gase, beispielsweise Argon oder auch Stickstoff verwendet, spricht man vom laserschmelzschweißen. Hierbei wird bei gleicher Laserleistung die Schnittgeschwindigkeit geringer. Nach DE-AS 16 90 637 ist ein Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines auf dieses gerichteten Laserstrahles bekannt, wobei Werkstück und Laserstrahl in Gegenwart eines Gases mit exothermem Reaktionsvermögen relativ zueinander bewegt werden. Erfindungsgemäß wird das Werkstück von einer Oberfläche bis zur anderen Oberfläche durchgeschnitten, indem das Gas mit exothermem Reaktionsvermögen in Form eines Stromes mit hoher Geschwindigkeit koaxial mit dem Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet wird, so daß die gasförmigen bzw. schmelzflüssigen Produkte aus dem Schnitt weggeblasen werden. Um glatte Schnittkanten herstellen zu können, müßte die Schnittgeschwindigkeit oberhalb einer Minimalgeschwindigkeit liegen, die durch die Stärke des Laserstrahles und die Materialstärke bestimmt wird. - ν · Die DE-OS 27 43 544 offenbart ein Verfahren zum !Trennen von Elektroblechen mittels eines Lasers, insbesondere mit einem CX^- Laser, wobei ebenfalls ein sauerstoffhaltiges Schneidgas mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück gerichtet wird, der Brennfleckdurchmesser extrem klein ist und die Leistungsdichte im Brennfleck sowie die Schnittgeschwindigkeit so abgestimmt werden, daß das Gefüge im Schnittbereich möglichst unbeeinflußt bleibt. Durch eigene Versuche wurde festgestellt, daß durch die Y/ärmeeinwirktung des Laserstrahles das Gefüge im Schnittbereich

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des Materials stets beeinflußt wird, so daß die in der DE-OS 27-43 544 angestrebte Wirkung nicht eintritt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß mit den in den vorbeschriebenen Patentschriften offenbarten Lösungen zwar unlegierte und hochlegierte Stähle mit guter Oberflächenqualität geschnitten werden können. Beim Laserschneiden von reaktiven Metallen versagen jedoch beide vorgeschlagene Lösungen. Reaktive Metalle sind nach dem heutigen Stand der Technik mittels Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen stets nur mit sehr schlechter Schnittqualität schneidbar, da der vorhandene Sauerstoff starke unkontrollierte Reaktionen mit dem reaktiven Metall auslöst. Die Schnitte sind grundsätzlich uneben, die Schnittfugen ungleichmäßig, wobei die Schnittkanten stets mit einem großen und festhaftenden Grat besetzt sind.

Wenn Argon, Stickstoff oder deren Gemische zum Laserschneiden verwendet werden sollen, muß die Laserleistung zum Erreichen einer wirtschaftlichen Schnittgeschwindigkeit um ein Vielfaches erhöht werden. Trotzdem ist eine Gratbildung an den unteren Schnittkanten auch hier nicht zu vermeiden.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist die Leistungsfähigkeit des Laserschneidens an reaktiven Metallen zu verbessern und das Anwendungsgebiet zu erweitern.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

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zum Laserschneiden reaktiver Metalle zu entwickeln und Maßnahmen vorzuschlagen, die es gestatten, Qualitätsschnitte mit im wesentlichen gratfreien Schnittkanten mit geringer Laserleistung und geringem technischem Aufwand herzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren dadurch gelöst, daß unter Verwendung einer an sich "bekannten Laser schneid· anlage erfindungsgemäß die Vertrennungsgeschwindigkeit des reaktiven Metalls dessen Verdampfungsgeschwindigkeit angepaßt wird, indem unter Verwendung eines Schneidgases, "bestehend aus 65 - 75 # Argon und 25 - 35 # Sauerstoff, die Schneidgasmenge entsprechend der Bedingung Q= e~ · InH und die Schnittgeschwindigkeit gemäß der Bedingung V = K · s~ . "ffi* eingestellt wird, wobei

Q= Schneidgasmenge in nr/h. N= Laserleistung in W s= Schnittdicke K= Materialfaktor

bedeuten, und E = 25 ·.·.·· 120, insbesondere bei Zirkonium K = 30 ... 50 eingestellt wird.

Aus führung sb ei spi el

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« ^

Zum Schneiden von Bohren, bestehend aus einer Legierung mit 99 # Zirkonium, 1 # Niob und Spurenanteilen mit etwa 0,3 # Bisen, Kohlenstoff, Hafnium, Kalzium u. a. wird ein COp-Saslaser benutzt. Der Außendurchmesser der Rohre beträgt 9 min bei einer Wandstärke von 0,7 mm. Mit dem (X^-Saslaser wird ein Laserstrahl von 200 W Dauerleistung erzeugt, der in einer bekannten Schneid-

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optik fokussiert wird. Zum Schneiden wird der Fokus in ebenfalls bekannter Weise auf die ßohraußenwandung eingestellt· Als Schneidgas wird ein Gemisch aus 70 # Argon und 30 # Sauerstoff verwendet, wobei die Schneidgasmenge Q auf 1,95 nr/h eingestellt wird. Die Schnittgeschwindigkeit τ beträgt entsprechend der vorliegenden Rohrwanddicke und Laserleistung H 0,6 m/min·

Claims

Erfindung sanspruch

Verfahren zum Laserschneiden reaktiver Metalle, insbesondere von Zirkonium und ähnlicher Werkstoffe, unter Verwendung "bekannter Gasleistungslaseranlagen zur Herstellung von im wesentlichen gratfreien Schnittkanten, gekennzeichnet dadurch , daß die Verbreiinungsgeschwindigkeit des reaktiven Metalles dessen Verdampfungsgeschwindigkeit angepaßt wird, wobei unter Verwendung eines Schneidgases, bestehend aus 65 -75 $ Argon und 25 - 35 # Sauerstoff, die Schneidgasmenge entsprechend der Bedingung

Q = e~¹· InN

und die Schnittgeschwindigkeit entsprechend der Bedingung

ν = K . s"¹ .W
eingestellt werden, wobei

Q= Schneidgasmenge in rar/h N= Laserleistung in W
s = Schnittdicke in mm
K= Materialfaktor mit K= 25 ... 120 insbesondere bei Zirkonium 30 ... 50

bedeuten«