DE69009790T2

DE69009790T2 - Verfahren zum Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl.

Info

Publication number: DE69009790T2
Application number: DE69009790T
Authority: DE
Inventors: Christophe Guillas; Gall Christian Le; Der Have Philippe-Liquid A Van
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2010-02-14
Also published as: FR2643006B1; DE69009790D1; EP0383668A1; ES2055352T3; FR2643006A1; EP0383668B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft für das Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl verwendete Gase.
Die Laserstrahlschneidtechnik ähnelt dem Sauerstoffstrahlschneiden, wobei ein Laserstrahl und ein Sauerstoffstrahl gleichzeitig über den zu schneidenden Bereich geführt werden.
Zur Zeit existieren auf dem Markt zwei Gasqualitäten: Gase "industrieller Qualität", deren garantierte Reinheit üblicherweise nahe 99,5% liegt, und Gase "wissenschaftlicher Qualität", deren garantierte Reinheit üblicherweise 99,995% oder mehr beträgt.
Dem Fachmann ist bekannt, daß Sauerstoff industrieller Qualität als Standardgas zum Schneiden von Teilen unterschiedlicher Stärken bis zu 8 mm nicht zufriedenstellend ist. Je nach Stärke und Schneidgeschwindigkeit sind unterschiedlich ausgeprägte Nachteile des Verfahrens festzustellen: die Leuchtfahne auf der Rückseite des Schnitts wird schwächer (breiter), es bilden sich mehr oder weniger ausgeprägte Grate, und das Schneiden kann sogar unmöglich sein. Deshalb bleibt den industriellen Anwendern zur Optimierung der Leistung ihrer Anlagen keine andere Wahl, als Sauerstoff wissenschäftlicher Qualität zu verwenden, der den Nachteil hat, teuer zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl zu schaffen, das in wirtschaftlicher Weise einen Qualitätsschnitt, d.h. unter Überwindung der vorstehend genannten Nachteile, ohne Verminderung der mit Sauerstoff wissenschaftlicher Qualität erreichbaren Schneidgeschwindigkeit gewährleistet.
Erfindungsgemäß besteht das Gas zu diesem Zweck aus Sauerstoff einer Reinheit von zumindest 99,8%, jedoch von weniger als 99,995%.
Wenn für jede Art von Schnitt, einschließlich Formschnitten, dasselbe Resultat erreicht werden soll, beträgt die Reinheit des Gases erfindungsgemäß vorzugsweise zumindest 99,9%.
Die Anmelderin hat das Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahlteilen unterschiedlicher Stärken von 2 bis 8 mm ausführlich untersucht, und zwar unter Einleitung steigender Mengen (i) der hauptsächlichen, normalerweise in nicht zu vernachlässigender Menge bei der industriellen Gewinnung von Sauerstoff angetroffenen Verunreinigung, nämlich Argon; (ii) einer anderen signifikanten Verunreinigung bei der industriellen Gewinnung von Sauerstoff, die vor allem beim Anwender aufgrund von Lufteinbrüchen in das Sauerstoffverteilungssystem angetroffen wird, nämlich Stickstoff; und (iii) einer aktiven Verunreinigung, Kohlendioxid (CO&sub2;), von der a priori davon ausgegangen wird, daß sie die Sauerstoffverbrennungsreaktion fördern würde, jeweils in "reinen" Sauerstoff, d.h. Sauerstoff wissenschaftlicher Qualität einer Reinheit von zumindest 99,995%.
Diese Untersuchungen haben überraschend gezeigt, daß bei der mit "reinem" Sauerstoff üblichen Schneidgeschwindigkeit:
a) bei geradlinigem Schnitt:
- die Schwelle der sich im Schwächerwerden der Leuchtfahne auf der Rückseite des Schnitts manifestierenden Schnittverschlechterung für jede der Verunreinigungen Ar, N&sub2; und CO&sub2;, unabhängig von der Stärke in etwa bei 2.000 ppm liegt;
- unterhalb von 2.000 ppm Verunreinigungen (entsprechend einer Reinheit des Sauerstoffs von 99,8%) keinerlei Verbesserung der Qualität des Schnitts beobachtet wird. Fehlerfreie Schnitte derselben Qualität wie mit Sauerstoff wissenschaftlicher Qualität sind an Teilen von 2 bis 8 mm, ohne Verminderung der Geschwindigkeit, mit Sauerstoff realisiert worden, der 2.000 ppm Argon, Stickstoff oder CO&sub2; enthält;
b) beim Formschnitt liegt die Verunreinigungsschwelle bei etwa 1.000 ppm (entsprechend einer Reinheit des Sauerstoffs von 99,9%) liegt. Mit anderen Worten trat bei diesem Gehalt an Verunreinigungen für jede Stärke zwischen 2 und 8 mm keinerlei Abschwächung der Fahne auf. Eine derartige Abschwächung wird für bestimmte Stärken oberhalb von 1.000 ppm beobachtet, und es ist keinerlei Verbesserung sichtbar, wenn die Reinheit des Sauerstoffs besser als 99,9% ist. Fehlerfreie Schnitte derselben Qualität wie mit Sauerstoff wissenschaftlicher Qualität sind an Teilen von 2 bis 8 mm ohne Verringerung der Geschwindigkeit mit 1.000 ppm Argon, Stickstoff oder CO&sub2; enthaltendem Sauerstoff realisiert worden.
Die Untersuchungen haben überraschend gezeigt, daß es nicht notwendig ist, Sauerstoff wissenschaftlicher Qualität zum Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl zu verwenden, sondern, daß es zur Gewährleistung einer perfekten Schnittqualität ohne Verminderung der Geschwindigkeit für sämtliche Stärken bis zu 8 mm ausreicht, eine Schwelle maximaler gasförmiger Verunreinigungen von 2.000 ppm (entspprechend 0,2%) für geradlinige Schnitte und von 1.000 ppm (entsprechend 0,1%) für Formschnitte zu beachten. Mit Sauerstoff industrieller Qualität einer Reinheit von 99,5% erfordert ein Erreichen derselben Qualität vergleichsweise eine Verminderung der Geschwindigkeit in der Größenordnung von zumindest 30% für geringe Stärken (bis etwa 4 mm), während für größere Stärken, selbst bei einer beträchtlichen Verminderung der Geschwindigkeit, kein fehierfreier Schnitt erreichbar ist.

Claims

1. Verfahren zum Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl unter Anwendung eines Laserstrahls und eines Strahls reinen Sauerstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinheit des den Strahl bildenden Sauerstoffs zumindest 99,8%, jedoch weniger als 99,995% beträgt.

2. Verfahren zum Laserstrahlschneiden von Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinheit des den Strahl bildenden Sauerstoffs im Fall von Formschnitten höher als 99,9% ist.