DE4123716A1 - High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@ - Google Patents
High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@Info
- Publication number
- DE4123716A1 DE4123716A1 DE4123716A DE4123716A DE4123716A1 DE 4123716 A1 DE4123716 A1 DE 4123716A1 DE 4123716 A DE4123716 A DE 4123716A DE 4123716 A DE4123716 A DE 4123716A DE 4123716 A1 DE4123716 A1 DE 4123716A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cutting
- gas
- sheet
- laser radiation
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/228—Selection of materials for cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Hoch geschwindigkeitsschneiden dünner Bleche mit Laserstrahlung, die mit einer Fokussieroptik im Bereich der Blechdicke fokussiert ist, mit einer Gasdüse für Schneidgas, das aus Schmelze aus der Schnittfuge austreibendem Inertgas und aus das Schneiden beein flussendem Gas besteht.The invention relates to a device for high speed cutting thin sheets with laser radiation, the focused with a focusing lens in the area of the sheet thickness is, with a gas nozzle for cutting gas, which melts from the Kerf expelling inert gas and from cutting flowing gas.
Bei konventionellem Laserstrahlschneiden werden beispiels weise ein 1,5 kW CO2-Laser und eine Standard-Fokussiereinrich tung verwendet, die zu Intensitäten des Fokussierbereichs von etwa 106 W/cm2 führen. Bei diesem Schneiden findet an der Schnittfront des Metalls eine Fresnelabsorption statt, bei der Verdampfung von Werkstoffen vernachlässigt werden kann. Die physikalischen Vorgänge bei diesem herkömmlichen Schneiden sind erforscht und die dafür entwickelten Theorien wurden experimen tell bestätigt.In conventional laser beam cutting, for example, a 1.5 kW CO 2 laser and a standard focusing device are used, which lead to intensities of the focusing range of approximately 106 W / cm 2 . With this cutting, Fresnel absorption takes place at the cutting front of the metal, and the evaporation of materials can be neglected. The physical processes involved in this conventional cutting have been researched and the theories developed for them have been confirmed experimentally.
Für das Laserschneiden metallischer Werkstücke, insbeson dere für das Schneiden von rostfreiem Stahlblech mit einer Dicke von unter einem Millimeter ist es aus der DE 36 19 513 A1 bekannt, eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen zu verwenden. Das schneidaktive Gas ist Sauerstoff. Dieser Sau erstoff hat einen Anteil von 30 bis 90 Vol.-% des Schneidgases. Er soll der chemischen exothermen Reaktion mit dem Stahl zur Erzeugung von zusätzlicher Wärmeenergie dienen, um so den Schneidprozeß zu beschleunigen. Außerdem soll der Sauerstoff zusammen mit dem Inertgas die im Schneidbereich entstehende Schmelze aus der Schnittfuge des Blechs austreiben. Es hat sich jedoch erwiesen, daß die Oxydationsprodukte nicht vollständig aus der Schnittfuge ausgetrieben werden können, sondern diese verunreinigen. Außerdem entsteht aufgrund der chemischen exo thermen Reaktion eine vergleichsweise große Wärmeeinflußzone seitlich des Schnittbereichs zurückzuführen, was zu einer Schä digung des Blechs führen kann, insbesondere wenn dieses mit ei ner Beschichtung versehen ist.For laser cutting metallic workpieces, in particular for cutting stainless steel sheet with a It is less than one millimeter thick from DE 36 19 513 A1 known a device with the features mentioned to use. The cutting active gas is oxygen. That sow Erstoff makes up 30 to 90 vol .-% of the cutting gas. It is intended for the chemical exothermic reaction with the steel Generate additional heat energy so as to Accelerate cutting process. In addition, the oxygen together with the inert gas, the one that arises in the cutting area Drive out the melt from the kerf in the sheet. It has however, proved that the oxidation products were not complete can be driven out of the kerf, but this contaminate. It also arises due to the chemical exo thermal reaction a comparatively large heat affected zone to the side of the cutting area, which leads to a damage can lead to damage to the sheet, especially if this is done with egg ner coating is provided.
Es sind vielfältige Überlegungen und Experimente ange stellt worden, um das Schneiden dünner Bleche mit noch größeren Geschwindigkeiten durchführen zu können. Beispielsweise ist es aus WO 88/01 553 bekannt, die Achse der Laserstrahlung, die von einer Düse zur Zuführung von Gas zur Schnittstelle umgeben ist, in Bezug auf die Achse des Druckzentrums der Gasdüse zu verset zen, und zwar hin zum ungeschnittenen Blech. Dem liegt die Vor stellung zugrunde, daß das Material erst geschmolzen werden muß und dann an einer nachfolgenden Stelle aus der Schnittfuge bes ser ausgetrieben werden kann. Die dadurch erzielbaren Vorteile sind jedoch nicht mehr gegeben, wenn dünne Bleche mit hohen Schneidgeschwindigkeiten geschnitten werden sollen.There are many considerations and experiments to do has been made to cut thin sheets with even larger ones To be able to perform speeds. For example it is from WO 88/01 553, the axis of the laser radiation, which by a nozzle for supplying gas to the interface is surrounded, offset with respect to the axis of the pressure center of the gas nozzle zen, towards the uncut sheet. That is the case position that the material must first be melted and then at a subsequent point from the kerf can be driven out. The advantages that can be achieved are no longer given, however, when thin sheets with high Cutting speeds are to be cut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß mit erheblich größeren Schneidgeschwindigkeiten geschnitten werden kann, indem größere Laserleistungen und -Intensitäten verwendet werden, jedoch ohne daß unerwünschte Beeinträchtigungen der Schnittkanten in Kauf genommen werden müssen.The invention has for its object a device to improve with the features mentioned so that with significantly higher cutting speeds can be cut can be used by using larger laser powers and intensities be, but without any undesirable impairment of the Cutting edges have to be accepted.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das das Schneiden beeinflussende Gas Wasserstoff ist.This object is achieved in that the cutting influencing gas is hydrogen.
Für die Erfindung ist die Erkenntnis von Bedeutung, daß die Grenzen der erforschten Fresnelabsorption für die Laser strahlung überschritten werden. Durch partielle Verdampfung in Verbindung mit modifizierter Wechselwirkungsgeometrie tritt Plasmabildung auf. Damit kann die Entstehung einer Dampfkapil laren verbunden sein. Es ergibt sich ein Schmelzefluß im Schnittbereich und ein Schmelzeaustrieb hinter der Dampfkapil lare, also vom ungeschnittenen Blech entfernt. Das bedingt Schmelzstauerscheinungen, verbunden mit der Gefahr der Überhit zung der Schnittfuge und der Gefahr der Verbreiterung der Schnittfuge und der dieser benachbarten Wärmeinflußzone der Bleche. Diese Erscheinungen können dazu führen, daß die ge wünschten Geschwindigkeitssteigerungen nicht oder jedenfalls zu einem erheblichen Teil nicht erreicht werden können. Die Beimi schung von Wasserstoff zum Schneidgas vermag die vorbeschriebe nen negativen Erscheinungen jedoch weitgehend zu begrenzen. Es kann zwar ein durch Verdampfung des Blechwerkstoffs bedingtes Plasma entstehen. Eine abschirmende Wirkung des Plasmas in Be zug auf die Laserstrahlung braucht jedoch nicht in Kauf genom men zu werden und vor allem können die Behinderungen des Schmelzeaustriebs vermieden werden. Wasserstoff hat eine durch seine leichten Moleküle bedingte kühlende Wirkung, z. B. durch erhöhte Rekombinationsrate per Dreierstoß (Elektron-Ion-Wasser stoff), so daß die Gefahr der Überhitzung der Schnittfuge ver mieden werden kann. Insbesondere ist jedoch von Bedeutung, daß die Oberflächenspannung der Schmelze durch den Wasserstoff ver ringert wird, was dem Aufstauen der Schmelze und einer damit verbundenen Behinderung des Schmelzeaustriebs entgegenwirkt.It is important for the invention that the limits of the researched Fresnel absorption for the lasers radiation are exceeded. By partial evaporation in Connection with modified interaction geometry occurs Plasma formation on. This can create a steam capillary laren be connected. There is a melt flow in the Cutting area and a melt shoot behind the steam capillary lare, i.e. removed from the uncut sheet. That requires Signs of melt build-up, combined with the danger of overheating cutting kerf and the risk of widening the Kerf and the adjacent heat affected zone Sheets. These phenomena can lead to the ge did not wish or at least wanted to increase the speed a substantial part cannot be achieved. The Beimi The above described is capable of generating hydrogen into the cutting gas to limit negative phenomena as far as possible. It can be caused by evaporation of the sheet material Plasma arise. A shielding effect of the plasma in Be train on the laser radiation does not need genom in purchase and especially the disabilities of the Melt expulsion can be avoided. Hydrogen has passed through its light molecules have a cooling effect, e.g. B. by increased recombination rate per triple impact (electron-ion water fabric), so that the risk of overheating the kerf ver can be avoided. Of particular importance, however, is that the surface tension of the melt by the hydrogen ver is reduced, which is the accumulation of the melt and one with it counteracts the associated obstruction of the melt shoot.
Im vorbeschriebenen Sinne ist es vorteilhaft, wenn Wasser stoff 5 Vol.-% bis 25 Vol.-% des Schneidgases ausmacht. Es konnten Geschwindigkeitssteigerungen von ca. 15% gegenüber der Verwendung von Schneidgasen ohne Wasserstoffanteile nachgewie sen werden. In the sense described above, it is advantageous if water 5% to 25% by volume of the cutting gas. It could speed increases of about 15% over the Use of cutting gases without hydrogen components will be.
Empfehlenswert ist es, daß als Inertgas Stickstoff oder Argon vorhanden ist. Es sind dies industriell verfügbare preis werte Gase. Während sich Stickstoff in der Regel besonders für Eisenmetalle eignet, kann Argon schwerpunktmäßig bei Nichtei senmetallen vorteilhaftes Inertverhalten zeigen.It is recommended that nitrogen or Argon is present. These are industrially available prices value gases. While nitrogen is usually particularly useful for Suitable ferrous metals, argon can focus on non-egg Senmetallen show advantageous inert behavior.
Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Gasdüse mit zum Blech vertikaler Achse der Strahlachse der Laserstrahlung vorlaufend justiert ist. Zu demselben Zweck ist es vorteilhaft, daß die Gasdüse mit zum Blech geneigter Achse angeordnet ist, daß oberhalb des Blechs eine Neigung in Richtung des ungeschnittenen Blechs vorhanden ist, und daß das Schneidgas auf die Schnittfront und/oder auf das ungeschnitte ne Blech gerichtet ist. Allen vorgenannten Ausgestaltungen ist es gemeinsam, daß das Druckzentrum des durch die Gasdüse erzeugten Gasstromes zum ungeschnittenen Blech hin verlegt ist. Infolge dieser Düsenjustage entsteht beim Eintritt des Gasstrahls in die Schnittfuge ein transversaler Druckgradient. Dieser bedingt einen Strömungsanteil in Richtung der Längserstreckung der offenen Schnittfuge, so daß ein schnellerer Abtransport der Schmelze und des Dampfes aus dem Wechselwirkungsbereich der Laserstrahlung mit dem Werkstoff des Blechs, wie auch eine geringere Verdampfung erreicht wird. Beim Schmelzeaustrieb wirken die Verringerung der Oberflächenspan nung der Schmelze durch den Wasserstoff des Schneidgases und der transversale Druckgradient des Schneidgases zusammen, um den Schmelzeaustrieb zu beschleunigen.The device is advantageously designed such that that the gas nozzle with the vertical axis of the jet axis to the sheet the laser radiation is adjusted in advance. For the same purpose it is advantageous that the gas nozzle is inclined to the sheet Axis is arranged that an inclination in above the sheet Direction of the uncut sheet is present, and that the Cutting gas on the cutting front and / or on the uncut ne sheet is directed. All of the above configurations it common that the pressure center of the through the gas nozzle generated gas flow is laid to the uncut sheet. As a result of this nozzle adjustment occurs when the A transverse pressure gradient into the kerf. This causes a flow component in the direction of the Longitudinal extension of the open kerf, so that a faster removal of the melt and steam from the Interaction area of the laser radiation with the material of the Sheet metal, as well as a lower evaporation is achieved. At the Melt sprouting works by reducing the surface chip of the melt by the hydrogen of the cutting gas and the transverse pressure gradient of the cutting gas together to to accelerate the melt expulsion.
Die Vorrichtung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, daß die Laserstrahlung in Schneidrichtung länglich fokussiert ist. Infolgedessen kann die Schnittfuge trotz einer Vergröße rung der Wechselwirkungsfläche der Laserstrahlung mit dem Blech in axialer Richtung schmal gehalten werden. Andererseits wird die Intensität der Laserstrahlung bezogen auf die Schnittfront verringert und so eine unerwünschte starke Verdampfung mit ent sprechend starker Plasmabildung vermieden.The device is advantageously further developed that the laser radiation focuses oblong in the cutting direction is. As a result, the kerf may appear despite an enlargement interaction surface of the laser radiation with the sheet be kept narrow in the axial direction. On the other hand the intensity of the laser radiation in relation to the cutting front reduced and thus an undesirable strong evaporation with ent Avoid speaking strong plasma formation.
Um die Laserstrahlung möglichst stark fokussieren zu kön nen, ist eine Laserstrahlung niedriger Modenordnung vorhanden. In order to be able to focus the laser radiation as strongly as possible NEN, there is a low mode order laser radiation.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:The invention is explained with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Schneidvorrichtung, und Fig. 1 is a perspective schematic view of a cutting device, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Längsschnittes durch den Schneidbereich eines Bleches. Fig. 2 is a schematic representation of a longitudinal section through the cutting area of a sheet.
Das in Fig. 1 dargestellte Blech 10 wird im Schneidbereich 20 mit der Laserstrahlung 11 eines Laserstrahls 21 geschnitten. Das Blech 10 hat gemäß Fig. 2 die Dicke d und beim Schneiden entsteht eine Schnittfuge 16, wenn das Blech 10 in der Richtung des Vorschubs 22 bewegt wird. Dabei ist die Schneidvorrichtung 25 feststehend. Die Schneidgeschwindigkeiten bewegen sich im Bereich von 20 m/min bis 150 m/min bei Blechen von unter 1 mm. Die Vorrichtung 25 wird z. B. in Längs- und/oder Querteilanlagen sowie in Besäumanlagen angewendet, wobei das Blech z. B. vom Coil abgewickelt wird.The sheet 10 shown in FIG. 1 is cut in the cutting area 20 with the laser radiation 11 of a laser beam 21 . The sheet 10 has the thickness d according to FIG. 2 and a cutting joint 16 is created when the sheet 10 is moved in the direction of the feed 22 . The cutting device 25 is stationary. The cutting speeds range from 20 m / min to 150 m / min for sheets of less than 1 mm. The device 25 is, for. B. in longitudinal and / or cross-cutting systems and in trimming systems, the sheet z. B. is unwound from the coil.
Die Vorrichtung 25 weist eine Fokussieroptik auf, bei spielsweise eine Fokussierlinse, mit der die Laserstrahlung 11 so fokussiert ist, daß der Fokus im Bereich der Blechdicke d liegt vgl. Fig. 2. In Anbetracht der dünnen Bleche, die es zu schneiden gilt und vor allem wegen der erwünschten schmalen Schnittfuge 16 soll die Fokussierung möglichst stark, der Fokus also möglichst klein sein. Das kann erreicht werden, indem die Laserstrahlung eine möglichst niedrige Modenordnung aufweist.The device 25 has focusing optics, for example a focusing lens with which the laser radiation 11 is focused so that the focus is in the range of the sheet thickness d cf. Fig. 2. In view of the thin sheets to be cut and especially because of the desired narrow kerf 16 , the focus should be as strong as possible, so the focus should be as small as possible. This can be achieved if the laser radiation has a mode order that is as low as possible.
Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß der Laserstrahl 21 von einer Gasdüse 13 für Schneidgas 14 umgeben ist. Das Schneidgas 14 trifft in Richtung der Laserstrahlung 11 auf den Schneidbereich 20 des Blechs 10. Es besteht aus einem Inertgas, wie Stickstoff oder Argon, welches vornehmlich dem Austrieb des Schmelze 15 dient, die beim Schneiden durch die Laserstrahlung 11 erzeugt wird. Außerdem ist dem Schneidgas Wasserstoff beige mischt, dessen Wirkung weiter unten beschrieben wird.From Fig. 1 it can also be seen that the laser beam 21 is surrounded by a gas nozzle 13 for cutting gas 14 . The cutting gas 14 strikes the cutting area 20 of the sheet 10 in the direction of the laser radiation 11 . It consists of an inert gas, such as nitrogen or argon, which primarily serves to expel the melt 15 , which is generated by the laser radiation 11 during cutting. In addition, hydrogen is mixed with the cutting gas, the effect of which is described below.
Beim Schneiden entsteht eine Schnittfront 23, von der aus der Austrieb der Schmelze 15 erfolgt. Das ist schematisch deut licher in Fig. 2 zu erkennen, in der dargestellt ist, daß die Schnittfront 23 wesentlich flacher liegt, nämlich mit einem Winkel 3 von beispielsweise 65-70°, im Vergleich zum herkömm lichen Schneiden mit Fresnelabsorption, wo der Winkel nahe 90° ist, die Schnittfront 23 also sehr steil verläuft. Die flache Schnittfront 23 erklärt sich bei dünnen Blechen mit dem niedri gen Verhältnis aus Fokusdurchmesser df und Blechdicke d und zwar trotz der größeren Strahlintensität bzw. der stärkeren Fo kussierung. Bei herkömmlichem Schneiden von zum Beispiel 3 mm dicken Blechen mit Fokusdurchmesser df=3/10 mm ergibt sich ein auf die Blechdicke d bezogenes Verhältnis von 1 : 10. Trotz höhe rer Strahlintensität infolge stärkerer Fokussierung auf zum Beispiel 6/100 mm ergibt sich bei einer Blechdicke von 0,2 mm ein Verhältnis von 1 : 3, so daß die Schnittfront bei maximaler Schneidgeschwindigkeit also flacher liegen muß, um den Laser strahl vollständig einzukoppeln. Das bedeutet eine größere Wechselwirkungsfläche. Außerdem ergibt sich ein vergleichweise großer Schmelzestau, da aufgrund der hohen Schneidgeschwindig keit ein großer Volumenstrom gegeben ist und die maximale Ge schwindigkeit der Schmelzeströmung begrenzt ist. U.a. deswegen erfolgt in Richtung der Pfeile 24 der Fig. 2 ein verstärktes Verdampfen des Blechwerkstoffs. Zusammen mit der flacheren Schnittfront 23 verringert sich also die Strömungsgeschwindig keit der Schmelze 15 bei ihrem Austrieb und die Metallverdamp fungsrate steigt an, so daß bei den hohen Laserintensitäten ein abschirmendes Metalldampfplasma entstehen kann. Beides wird durch die Beimischung von Wasserstoff zum Inertgas verringert. Der Wasserstoff bewirkt, daß die Oberflächenspannung der Schmelze verringert wird, so daß diese also schneller ausgebla sen werden kann und damit Schmelzfilmdicke, Oberflächentempera tur und Verdampfungsrate sinken. Diesem Umstand kommt erhebli che Bedeutung zu, wenn beachtet wird, daß die Schnittfuge 16 zwar schmal und das Blech dünn ist, die auszutreibende Masse infolge der hohen Schnittgeschwindigkeit insgesamt jedoch sehr groß ist. Außerdem kühlen die leichten Moleküle des Wasser stoffs das Plasma und wirken so der Entstehung eines abschir menden Metalldampfplasmas entgegen. Dadurch wird neben der Er höhung der maximalen Schneidgeschwindigkeit auch die Stabilität des Schneidprozesses erhöht, was sich entsprechend positiv auf die Schnittqualität auswirkt. When cutting, a cut front 23 is formed , from which the melt 15 is driven out. This can be seen schematically clearly in FIG. 2, in which it is shown that the cut front 23 is substantially flatter, namely with an angle 3 of, for example, 65-70 °, in comparison to conventional cutting with Fresnel absorption, where the angle is close Is 90 °, the cutting front 23 is very steep. The flat cut front 23 can be explained in the case of thin sheets with the low ratio of focus diameter d f and sheet thickness d, in spite of the greater beam intensity or the stronger focusing. Conventional cutting of, for example, 3 mm thick sheets with a focus diameter d f = 3/10 mm results in a ratio of 1: 10 based on the sheet thickness d. Despite higher beam intensity as a result of stronger focusing, for example 6/100 mm, this results in a sheet thickness of 0.2 mm, a ratio of 1: 3, so that the cutting front must be flatter at maximum cutting speed in order to fully couple the laser beam. That means a larger interaction area. In addition, there is a comparatively large melt build-up, since due to the high cutting speed there is a large volume flow and the maximum speed of the melt flow is limited. This is one of the reasons why there is an increased evaporation of the sheet material in the direction of the arrows 24 in FIG. 2. Together with the flatter sectional front 23 , the flow speed of the melt 15 is reduced when it expels and the metal evaporation rate increases, so that a shielding metal vapor plasma can arise at the high laser intensities. Both are reduced by adding hydrogen to the inert gas. The hydrogen has the effect that the surface tension of the melt is reduced, so that it can be blown out more quickly and thus the melt film thickness, surface temperature and evaporation rate decrease. This fact is of considerable importance if it is noted that the kerf 16 is narrow and the sheet is thin, but the mass to be driven out is very large overall due to the high cutting speed. In addition, the light molecules of the hydrogen cool the plasma and thus counteract the formation of a shielding metal vapor plasma. In addition to increasing the maximum cutting speed, this also increases the stability of the cutting process, which has a correspondingly positive effect on the cutting quality.
In Fig. 2 ist die Laserstrahlung 11 mit einem im Bereich der Blechdicke d liegenden Fokus des Durchmessers df darge stellt worden. Die zugehörige Achse der Laserstrahlung 11 ist mit 18 gekennzeichnet. Die Gasdüse 13 ist ebenfalls rotations symmetrisch ausgebildet und ihre Achse ist mit 17 bezeichnet. Die Achse 17 ist hier ein Synonym für das Druckzentrum des Schneidgases 14, welches dem Schneidbereich 20 wie ersichtlich zugeführt wird.In Fig. 2, the laser radiation 11 with a focus in the range of the sheet thickness d of the diameter d f has been Darge. The associated axis of the laser radiation 11 is identified by 18 . The gas nozzle 13 is also rotationally symmetrical and its axis is designated 17 . The axis 17 is here a synonym for the pressure center of the cutting gas 14 , which is fed to the cutting area 20 as can be seen.
Bei der relativen Zuordnung der Gasdüse 13 und der Laser strahlung 11 ist beachtenswert, daß die Achse 17 der Gasdüse 13 in Bezug auf die Achse 18 der Laserstrahlung 11 mit einer Ex zentrizität e angeordnet ist, und zwar in Richtung auf das un geschnittene Blech 10 versetzt. Als Folge dieser vorlaufenden Düsenjustierung entsteht beim Eintritt des Schneidgases 14 in die Schnittfuge 16 ein transversaler Druckgradient in Längs richtung der offenen Schnittfuge, also senkrecht zur Achse 18. Infolgedessen wird auf den entstehenden Metalldampf so Einfluß genommen, daß eine abschirmende Wirkung des Metalldampfplasmas vermieden werden kann. Außerdem wird die Schmelze 15 in Rich tung der vergleichsweise flachen Schnittfront 23 schneller ab transportiert. Obwohl also der Austriebsweg infolge der flacher liegenden Schnittfront 23 länger ist, als bei steilerer Schnittfront, ergibt sich durch die Zusammenwirkung des die Oberflächenspannung der Schmelze 15 verringernden Wasserstoffs mit der verbesserten transversalen Führung des Schneidgases ein verbesserter Schmelzeaustrieb.In the relative assignment of the gas nozzle 13 and the laser radiation 11 it is noteworthy that the axis 17 of the gas nozzle 13 is arranged with respect to the axis 18 of the laser radiation 11 with an excentricity e, in the direction of the un-cut sheet 10 . As a result of this advancing nozzle adjustment, when the cutting gas 14 enters the kerf 16, a transverse pressure gradient occurs in the longitudinal direction of the open kerf, that is, perpendicular to the axis 18 . As a result, the resulting metal vapor is influenced in such a way that a shielding effect of the metal vapor plasma can be avoided. In addition, the melt 15 is transported faster in the direction of the comparatively flat sectional front 23 . Thus, although the expulsion path is longer due to the flatter cut front 23 than with a steeper cut front, the interaction of the hydrogen reducing the surface tension of the melt 15 and the improved transverse guidance of the cutting gas results in an improved melt expulsion.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Erzielung eines trans versalen Druckgradienten des Schneidgases auch dadurch erreicht werden kann, daß die Gasdüse 13 mit zum Blech 10 geneigter Ach se 19, 19′ angeordnet ist. Die Neigung und Anordnung der Achse 19, 19′ bestimmt in Verbindung mit der Neigung der Schnittfront 23 die Größe des transversalen Druckgradienten. Unterschiedlich ist bei der Anordnung der Achsen 19, 19′, daß die Achse 19 die Schnittfront im Bereich der Achse 18 im Schneidbereich 20 schneidet, während die Achse 19′ in Richtung des ungeschnitte nen Blechs 10 vor dem vorgenannten Schnittpunkt liegt. Das Schneidgas 14 trifft auf die Schnittfront 23 und/oder auf das ungeschnittene Blech 10.From Fig. 2 it can be seen that the achievement of a transversal pressure gradient of the cutting gas can also be achieved in that the gas nozzle 13 with the plate 10 inclined axis 19 , 19 'is arranged. The inclination and arrangement of the axis 19 , 19 'determines the size of the transverse pressure gradient in connection with the inclination of the cutting front 23 . Different in the arrangement of the axes 19 , 19 'that the axis 19 intersects the cutting front in the region of the axis 18 in the cutting area 20 , while the axis 19 ' lies in the direction of the uncut NEN sheet 10 before the aforementioned intersection. The cutting gas 14 strikes the cutting front 23 and / or the uncut sheet 10 .
In Fig. 2 ist die Laserstrahlung 11 mit einem Fokus des Durchmessers df dargestellt. Der Strahlquerschnitt ist also kreisförmig. Die Laserstrahlung 11 kann aber auch elliptisch bzw. länglich fokussiert sein. In diesem Falle ist df die Länge der großen Halbachse der Ellipse, wobei diese in Schneidrich tung angeordnet ist. Infolgedessen wird die Intensität der La serstrahlung auf der flachen Schnittfront verringert und damit die Wechselwirkungsfläche beim Einkoppeln der Laserstrahlung in das Blech vergrößert. Dadurch kann der Schneidprozeß stabili siert werden, weil die Plasmabildung und der Schmelzeaustrieb besser kontrolliert werden können. Zugleich kann die Breite des Laserfokus klein gehalten werden und dementsprechend die Breite der Schnittfuge 16.In FIG. 2, the laser radiation 11 is illustrated with a focus f d of the diameter. The beam cross section is therefore circular. The laser radiation 11 can also be focused elliptically or oblong. In this case, d f is the length of the large semi-axis of the ellipse, which is arranged in the cutting direction. As a result, the intensity of the laser radiation on the flat cut front is reduced, and thus the interaction area when coupling the laser radiation into the sheet is increased. As a result, the cutting process can be stabilized because the plasma formation and the melt discharge can be better controlled. At the same time, the width of the laser focus can be kept small and, accordingly, the width of the kerf 16 .
Mit der Vorrichtung können Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 100 m/min erreicht werden.With the device, cutting speeds of more than 100 m / min can be reached.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4123716A DE4123716A1 (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4123716A DE4123716A1 (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4123716A1 true DE4123716A1 (en) | 1993-01-21 |
Family
ID=6436382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4123716A Ceased DE4123716A1 (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4123716A1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4226620A1 (en) * | 1992-08-12 | 1994-02-17 | Thyssen Stahl Ag | Process for laser beam cutting of strip or plate-shaped workpieces, in particular of electrical sheet |
| WO1997034730A1 (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-25 | Aga Aktiebolag | Method of laser cutting metal workpieces |
| US5760368A (en) * | 1994-07-08 | 1998-06-02 | Fanuc, Ltd. | Laser beam method using an inactive gas as the assist gas |
| FR2810913A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-04 | Air Liquide | Laser cutting of low-alloy steels without oxide formation on the cut surfaces involves passing a jet of cryogenic fluid in the direction of the cutting line |
| FR2816227A1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-10 | Air Liquide | High speed laser cutting using a gas mixture of helium and argon and/or nitrogen or nitrogen and oxygen as an assisting gas to limit plasma formation |
| FR2826892A1 (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-10 | Air Liquide | METHOD AND PLANT FOR LASER WELDING WITH AR/HE GAS MIXTURE WITH CONTENTS CONTROLLED AS A FUNCTION OF LASER POWER |
| EP1371446A1 (en) | 2002-06-14 | 2003-12-17 | L'Air Liquide S. A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Use helium/nitrogen gas mixtures in laser welding of abutted flanks |
| US6831248B2 (en) | 2002-06-14 | 2004-12-14 | L'air Liquide, S.A. | Use of helium/nitrogen gas mixtures for the laser welding of stainless steel pipes |
| US7385158B2 (en) | 2002-01-11 | 2008-06-10 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method and installation for laser welding with a N2/He gas mixture, the N2/He content being controlled according to the laser power |
| CN102233482A (en) * | 2010-04-27 | 2011-11-09 | 上海天斡实业有限公司 | Laser cutting process for aluminum foils |
| DE102018125607A1 (en) * | 2018-10-16 | 2020-04-16 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Process for laser beam fusion cutting of a workpiece |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3619513A1 (en) * | 1985-05-09 | 1987-12-17 | Aga Ab | METHOD FOR LASER CUTTING METAL WORKPIECES |
| WO1988001553A1 (en) * | 1986-09-01 | 1988-03-10 | Instituttet For Produktudvikling | A nozzle for laser processing |
| DE3934920A1 (en) * | 1988-10-27 | 1990-05-03 | Dana Corp | METHOD FOR PRODUCING A MULTIPOLAR CLUTCH DISC |
-
1991
- 1991-07-17 DE DE4123716A patent/DE4123716A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3619513A1 (en) * | 1985-05-09 | 1987-12-17 | Aga Ab | METHOD FOR LASER CUTTING METAL WORKPIECES |
| WO1988001553A1 (en) * | 1986-09-01 | 1988-03-10 | Instituttet For Produktudvikling | A nozzle for laser processing |
| US4871897A (en) * | 1986-09-01 | 1989-10-03 | Instituttet For Produktudvikling | Nozzle for laser processing |
| DE3934920A1 (en) * | 1988-10-27 | 1990-05-03 | Dana Corp | METHOD FOR PRODUCING A MULTIPOLAR CLUTCH DISC |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| JP 1-5692 A, in: "Patents abstracts of Japan", 1989, Vol. 13/No. 170, Sec. M-817 * |
| JP 2-20681 A, in: "Patents abstracts of Japan", Vol. 14/No. 159, Sec. M-956 * |
| JP 2-30389 A, in: "Patents abstracts of Japan", 1990, Vol. 14/No. 177, Sec. M-960 * |
| JP 62-104 693 A, in: "Patents abstracts of Japan",Vol. 11/No. 321, Sec. M-633 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4226620A1 (en) * | 1992-08-12 | 1994-02-17 | Thyssen Stahl Ag | Process for laser beam cutting of strip or plate-shaped workpieces, in particular of electrical sheet |
| US5578228A (en) * | 1992-08-12 | 1996-11-26 | Thyssen Stahl Ag | Process for the laser beam cutting of strip or plate workpieces, especially magnetic steel sheets |
| US5760368A (en) * | 1994-07-08 | 1998-06-02 | Fanuc, Ltd. | Laser beam method using an inactive gas as the assist gas |
| WO1997034730A1 (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-25 | Aga Aktiebolag | Method of laser cutting metal workpieces |
| US6060687A (en) * | 1996-03-15 | 2000-05-09 | Aga Aktiebolag | Method of laser cutting metal workpieces |
| FR2810913A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-04 | Air Liquide | Laser cutting of low-alloy steels without oxide formation on the cut surfaces involves passing a jet of cryogenic fluid in the direction of the cutting line |
| FR2816227A1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-10 | Air Liquide | High speed laser cutting using a gas mixture of helium and argon and/or nitrogen or nitrogen and oxygen as an assisting gas to limit plasma formation |
| WO2002038325A1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | High-speed laser cutting method with adapted gas |
| FR2826892A1 (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-10 | Air Liquide | METHOD AND PLANT FOR LASER WELDING WITH AR/HE GAS MIXTURE WITH CONTENTS CONTROLLED AS A FUNCTION OF LASER POWER |
| WO2003004213A1 (en) | 2001-07-03 | 2003-01-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method and installation for laser welding with an ar/he gas mixture, the ar/he content being controlled according to the laser power |
| US7385158B2 (en) | 2002-01-11 | 2008-06-10 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method and installation for laser welding with a N2/He gas mixture, the N2/He content being controlled according to the laser power |
| EP1371446A1 (en) | 2002-06-14 | 2003-12-17 | L'Air Liquide S. A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Use helium/nitrogen gas mixtures in laser welding of abutted flanks |
| US6831248B2 (en) | 2002-06-14 | 2004-12-14 | L'air Liquide, S.A. | Use of helium/nitrogen gas mixtures for the laser welding of stainless steel pipes |
| CN102233482A (en) * | 2010-04-27 | 2011-11-09 | 上海天斡实业有限公司 | Laser cutting process for aluminum foils |
| DE102018125607A1 (en) * | 2018-10-16 | 2020-04-16 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Process for laser beam fusion cutting of a workpiece |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0655021B1 (en) | Process for the laser beam cutting of strip or plate workpieces, especially magnetic steel sheets | |
| DE102008053397B4 (en) | Method for the fusion cutting of workpieces with laser radiation | |
| EP2205393B1 (en) | Device and method for laser processing | |
| DE102016215019C5 (en) | Process for laser cutting with optimized gas dynamics | |
| EP3915715A1 (en) | Method for deep welding a workpiece involving emitting a laser beam into the capillary opening generated by another laser beam | |
| EP4045223B1 (en) | Laser welding method for corner connections of workpiece parts | |
| WO1999056907A1 (en) | Material shaping device with a laser beam which is injected into a stream of liquid | |
| DE3619513A1 (en) | METHOD FOR LASER CUTTING METAL WORKPIECES | |
| DE4123716A1 (en) | High speed laser cutting of thin sheet - using cutting gas mix of inert gas and hydrogen@ | |
| DE3801068A1 (en) | Method and apparatus for stock removal by means of bundled energy beams | |
| DE69824181T2 (en) | DEVICE AND METHOD FOR CUTTING WITH LARGER DISTANCE BY MEANS OF THE IMPULSE PROCESS | |
| DE2647082A1 (en) | LASER WELDING | |
| EP1175955B1 (en) | Process and device for smoothing a weld seam by beam welding | |
| DE112018004574T5 (en) | LASER PROCESSING MACHINE | |
| DE2211195A1 (en) | Method and device for material welding | |
| DE10226359A1 (en) | Laser processing head, especially for cutting workpiece using laser beam, has device near outlet opening between housing and laser nozzle for producing gas flow transverse to laser beam | |
| DE60210143T2 (en) | LASER CUTTING METHOD AND DEVICE | |
| DE3121555C2 (en) | Process for processing steel using laser radiation | |
| AT401245B (en) | METHOD AND DEVICE FOR CUTTING BY MEANS OF A LASER BEAM | |
| DE4315849C1 (en) | Carbon di:oxide laser beam welding | |
| DE19616844A1 (en) | Laser welding or coating method | |
| DE4118791A1 (en) | Welding aluminium@ alloy parts - using constant power laser beam with simultaneous pulsed laser beam to maintain presence of plasma above weld area | |
| DE3702451C2 (en) | ||
| DE102013004095A1 (en) | Method, apparatus and use of a gas composition for laser flame cutting | |
| DE4007947C2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |