RU2624568C2 - Method of laser material processing (versions) - Google Patents

Method of laser material processing (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2624568C2
RU2624568C2 RU2015142061A RU2015142061A RU2624568C2 RU 2624568 C2 RU2624568 C2 RU 2624568C2 RU 2015142061 A RU2015142061 A RU 2015142061A RU 2015142061 A RU2015142061 A RU 2015142061A RU 2624568 C2 RU2624568 C2 RU 2624568C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
laser
focusing
gas
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2015142061A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015142061A (en
Inventor
Виктор Николаевич Мышковец
Александр Васильевич Максименко
Игорь Леонидович Полторан
Георгий Александрович Баевич
Петр Петрович Усов
Сергей Николаевич Юркевич
Иосиф Викторович Лапич
Original Assignee
Открытое акционерное общество "558 Авиационный ремонтный завод"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "558 Авиационный ремонтный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "558 Авиационный ремонтный завод"
Priority to RU2015142061A priority Critical patent/RU2624568C2/en
Publication of RU2015142061A publication Critical patent/RU2015142061A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624568C2 publication Critical patent/RU2624568C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method includes the material direction focused lens of laser radiation with concurrent gas flow gas supply openings under the bottom surface of the lens and the nozzle area processing. Prior to focusing, the laser radiation is collimated. The gas flow is supplied to the central part of the lens or the protective glass placed under it by at least one series of focusing lens inclined to the optical axis and symmetrically located gas distribution holes. The central part of the lens or the protective glass placed under it, which is influenced by gas jets, is at least equal to the diameter of the laser radiation beam passing through them. Laser collimation telescope exercise through its negative and positive lens, floating along the optical axis.
EFFECT: increase the effectiveness of laser processing and machining quality by adjusting the laser power density in the treatment area, cooling and effective prevention of pollution and damage to the lens products and other small particles from the workpiece.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной обработки и может быть использовано в различных отраслях машиностроения как для резки листового материала и гравировки, так и термоупрочнения, наплавки и сварки металлов.The invention relates to the field of laser processing and can be used in various branches of engineering as for cutting sheet material and engraving, and heat hardening, surfacing and welding of metals.

Известен способ лазерной обработки материала, включающий направление на материал сфокусированного линзой лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки [1].A known method of laser processing of material, including the direction of the material focused by the lens of laser radiation and the simultaneous supply of a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device [1].

Известный способ лазерной обработки материала обеспечивает подачу потока газа в сопловую насадку посредством расположенных под углом поперечных газораспределительных отверстий, создающих вихреобразное воронкообразное движение под линзой, и от нее через выходное отверстие сопловой насадки в зону обработки. Газораспределительные отверстия создают в сопловой насадке вихревое воронкообразное движение потока газа, при этом вихревой поток газа не обеспечивает эффективную защиту нижней поверхности линзы от попадания на нее продуктов испарения и других мелких частиц с зоны обработки. Загрязняющие вещества оседают на нижней поверхности линзы, преимущественно в ее центральной части, через которую проходит пучок лазерного излучения. В результате этого лазерный луч частично поглощается микрочастицами загрязнений, осаждаемых на нижней поверхности линзы, при этом линза нагревается, и так как температурный коэффициент показателя преломления имеет положительный знак, фокусное расстояние изменяется, размер пучка лазерного излучения в зоне обработки увеличивается, и качество обработки ухудшается. Для обеспечения высокого качества лазерной обработки необходимо периодически заменять загрязненную линзу новой, осуществлять регулировку положения линзы относительно оптической оси, что приводит к снижению эффективности, производительности и качества.The known method of laser processing of the material provides a gas stream to the nozzle nozzle by means of transverse gas distribution holes located at an angle creating a swirl-like funnel-like motion under the lens, and from it through the nozzle nozzle outlet to the treatment zone. Gas distribution holes create a vortex funnel-like gas flow in the nozzle nozzle, while the vortex gas flow does not provide effective protection of the lower surface of the lens from the evaporation products and other small particles from the treatment zone. Contaminants settle on the lower surface of the lens, mainly in its central part, through which the laser beam passes. As a result of this, the laser beam is partially absorbed by the microparticles of impurities deposited on the lower surface of the lens, while the lens heats up, and since the temperature coefficient of the refractive index has a positive sign, the focal length changes, the size of the laser beam in the processing zone increases, and the quality of processing deteriorates. To ensure high quality laser processing, it is necessary to periodically replace a contaminated lens with a new one, adjust the position of the lens relative to the optical axis, which leads to a decrease in efficiency, productivity and quality.

Кроме того, в известном способе не осуществляют коллимацию лазерного луча, что затрудняет регулировку плотности мощности в зоне обработки и тем самым снижает эффективность, производительность и качество резки.In addition, in the known method they do not collimate the laser beam, which makes it difficult to adjust the power density in the processing zone and thereby reduces the efficiency, productivity and quality of cutting.

Известен также способ лазерной обработки материала, включающий направление на материал сфокусированного лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки [2].There is also known a method of laser processing of material, including directing focused laser radiation onto the material and simultaneously supplying a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device [2].

В известном способе лазерной обработки материала линзу предохраняют от попадания на нее продуктов испарения и других мелких частиц с зоны обработки размещенным под ней защитным стеклом и тем самым увеличивает срок службы линзы. Поток газа в известном способе направляют в полость сопловой насадки штуцером. Такая подача потока не в полной мере защищает стекло от продуктов испарения с зоны обработки. Загрязняющие вещества оседают на поверхности защитного стекла, преимущественно в центральной его части. В результате этого лазерный луч частично поглощается микрочастицами загрязнений, осаждаемых на нижней поверхности защитного стекла, что снижает мощность лазерного луча и приводит к необходимости периодически заменять загрязненное стекло новым. Кроме того, в известном способе также не осуществляют коллимацию лазерного луча, что затрудняет регулировку плотности мощности в зоне обработки. Все вышеуказанные недостатки снижают эффективность, производительность и качество резки.In the known method of laser processing of the material, the lens is protected from evaporation products and other small particles from the processing zone by a protective glass placed under it, thereby increasing the service life of the lens. The gas flow in the known method is directed into the cavity of the nozzle nozzle fitting. Such a flow supply does not fully protect the glass from evaporation products from the treatment zone. Contaminants settle on the surface of the protective glass, mainly in its central part. As a result of this, the laser beam is partially absorbed by the microparticles of contaminants deposited on the lower surface of the protective glass, which reduces the power of the laser beam and leads to the need to periodically replace the contaminated glass with a new one. In addition, in the known method also do not carry out collimation of the laser beam, which makes it difficult to adjust the power density in the processing zone. All of the above disadvantages reduce the efficiency, productivity and quality of cutting.

Технической задачей данного изобретения является увеличение эффективности процесса лазерной обработки, производительности и качества обработки.The technical task of this invention is to increase the efficiency of the laser processing process, productivity and processing quality.

Технический результат, достигаемый заявляемым способом лазерной обработки материала, заключается:The technical result achieved by the claimed method of laser processing of the material is:

- в обеспечении, по первому варианту, более эффективной защиты линзы, а по второму варианту, размещенного под линзой защитного стекла, от продуктов испарения с обрабатываемой поверхности материала;- in providing, according to the first embodiment, more effective protection of the lens, and according to the second embodiment, placed under the protective glass lens, from evaporation products from the treated surface of the material;

- в уменьшении потери энергии лазерного излучения, по первому варианту, на поверхности линзы, а по второму варианту, размещенного под линзой защитного стекла;- to reduce the energy loss of laser radiation, according to the first embodiment, on the surface of the lens, and in the second embodiment, placed under the lens of a protective glass;

- в повышении, по двум вариантам осуществления способа, производительности и качества обработки.- in increasing, according to two variants of the method, productivity and quality of processing.

По первому варианту заявляемый технический результат достигается тем, что в известном способе лазерной обработки материала, включающем направление на материал сфокусированного лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки, согласно изобретению используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия, при этом перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют, а в процессе обработки под нижнюю поверхность линзы в ее центральную часть, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайне мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.According to the first embodiment, the claimed technical result is achieved by the fact that in the known method of laser processing of material, including directing focused laser radiation to the material and simultaneously supplying a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device, according to the invention, a laser processing device consisting of a focusing lens is used located in the housing, a nozzle nozzle connected to the housing and a sleeve housed in it, in which symmetrically arranged gas distribution holes tilted to the optical axis of the focusing lens, while the laser radiation is collimated before focusing, and during processing, a gas stream is supplied from at least equal to the diameter of the laser beam passing through it to the center part of it, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it one row of said gas distribution openings.

Кроме того, для коллимации лазерного излучения используют телескопом и осуществляют ее через отрицательную линзу и положительную линзу, которую перемещают вдоль ее оптической оси.In addition, for the collimation of laser radiation using a telescope and carry it through a negative lens and a positive lens, which is moved along its optical axis.

Кроме того, газораспределительные отверстия выполняют диаметром от 1,0 до 2,0 мм.In addition, the gas distribution holes have a diameter of 1.0 to 2.0 mm.

По второму варианту заявляемый технический результат достигается тем, что в известном способе лазерной обработки материала, включающем направление на материал сфокусированного лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки, согласно изобретению используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, защитного стекла, размещенного под линзой, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия, при этом перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют, а в процессе обработки на центральную часть защитного стекла, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайне мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.According to the second embodiment, the claimed technical result is achieved by the fact that in the known method of laser processing of material, including directing focused laser radiation onto the material and simultaneously supplying a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device, according to the invention, a laser processing device consisting of a focusing lens is used located in the housing, a protective glass placed under the lens, a nozzle nozzle connected to the housing, and a sleeve housed in it, into the cat Gas distribution holes are symmetrically located and inclined to the optical axis of the focusing lens, while the laser radiation is collimated before focusing, and during processing, a gas stream from the laser is transmitted to the central part of the protective glass, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it at least one row of said gas distribution openings.

Кроме того, для коллимации лазерного излучения используют телескопом и осуществляют ее через отрицательную линзу и положительную линзу, которую перемещают вдоль ее оптической оси.In addition, for the collimation of laser radiation using a telescope and carry it through a negative lens and a positive lens, which is moved along its optical axis.

Кроме того, газораспределительные отверстия выполняют диаметром от 1,0 до 2,0 мм.In addition, the gas distribution holes have a diameter of 1.0 to 2.0 mm.

Сущность заявляемого способа лазерной обработки материалов заключается в следующем.The essence of the proposed method of laser processing of materials is as follows.

По первому варианту, для осуществления способа используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия.According to the first embodiment, for the implementation of the method, a laser processing device is used, consisting of a focusing lens located in the housing, a nozzle nozzle connected to the housing, and a sleeve housed in it, in which gas distribution openings are symmetrically arranged and inclined to the optical axis of the focusing lens.

По второму варианту для осуществления способа используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, защитного стекла, размещенного под линзой, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия.According to the second embodiment, a laser processing device is used to implement the method, consisting of a focusing lens located in the housing, a protective glass placed under the lens, a nozzle nozzle connected to the housing, and a sleeve housed in it, in which are symmetrically arranged and inclined to the optical axis of the focusing lens gas distribution holes.

Выполнение устройства для лазерной обработки по двум вариантам позволяет работать ему длительное время без перерывов на замену или очистку линзы или защитного стекла.The implementation of the device for laser processing in two ways allows it to work for a long time without interruption to replace or clean the lens or protective glass.

Перед фокусировкой лазерное излучение, по двум вариантам реализации способа, коллимируют, что позволяет, в зависимости от вида обработки и обрабатываемого материала, регулировать плотность мощности в зоне обработки и, тем самым, повышает эффективность, производительность и качество.Before focusing, laser radiation is collimated according to two variants of the method, which allows, depending on the type of processing and the material being processed, to adjust the power density in the processing zone and, thereby, increases efficiency, productivity and quality.

В процессе обработки, по первому варианту, под нижнюю поверхность линзы, а по второму варианту, на центральную часть размещенного под линзой защитного стекла, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа симметрично расположенными и наклоненными к оптической оси соответственно фокусирующей линзы или размещенного под линзой защитного стекла газораспределительными отверстиями, повышает эффективность, производительность и качество.During processing, according to the first embodiment, under the lower surface of the lens, and according to the second variant, a gas stream is supplied symmetrically located and inclined to the optical axis to the central part of the protective glass placed under the lens, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it respectively a focusing lens or a gas distribution aperture located under the lens of the protective glass, increases efficiency, productivity and quality.

Газораспределительные отверстия, в двух вариантах реализации способа, выполняют диаметром от 1,0 до 2,0 мм, что увеличивает напорное давление, и тем самым более эффективно очищает линзу или защитное стекло от продуктов испарения с зоны обработки, и тем самым повышает производительность и качество обработки.Gas distribution holes, in two variants of the method, are performed with a diameter of 1.0 to 2.0 mm, which increases the pressure head, and thereby more efficiently cleans the lens or protective glass from evaporation products from the treatment zone, and thereby improves productivity and quality processing.

Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что способ лазерной обработки материала отличается от прототипа новыми существенными признаками.A comparison of the proposed technical solution with the prototype shows that the method of laser processing of the material differs from the prototype with new significant features.

По первому варианту:According to the first option:

- используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия;- use a device for laser processing, consisting of a focusing lens located in the housing, a nozzle nozzle connected to the housing, and placed in it a sleeve in which gas distribution holes are symmetrically arranged and inclined to the optical axis of the focusing lens;

- перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют;- before focusing, the laser radiation is collimated;

- в процессе обработки под нижнюю поверхность линзы в ее центральную часть, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайне мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.- during processing, under the lower surface of the lens, a gas stream from at least one of the aforementioned gas distribution openings is supplied to its central part, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it,

По второму варианту:According to the second option:

- используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, защитного стекла, размещенного под линзой, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия;- use a device for laser processing, consisting of a focusing lens located in the housing, a protective glass placed under the lens, a nozzle nozzle connected to the housing, and a sleeve housed in it, in which gas distribution holes are symmetrically arranged and inclined to the optical axis of the focusing lens ;

- перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют;- before focusing, the laser radiation is collimated;

- в процессе обработки на центральную часть защитного стекла, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайне мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.- during processing, a gas stream from at least one row of said gas distribution openings is supplied to the central part of the protective glass at least equal to the diameter of the laser beam passing through it.

Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники показывает, что отличительные признаки заявленного, по двум вариантам, способа не вытекают из известного уровня техники.A comparison of the claimed technical solution with the known from the prior art shows that the distinguishing features of the claimed, in two variants, the method does not follow from the prior art.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».Therefore, the claimed technical solution meets the criteria of patentability "novelty" and "inventive step".

Изложенная сущность заявляемого изобретения иллюстрируется следующими графическими материалами, на которых представлены:The stated essence of the claimed invention is illustrated by the following graphic materials on which are presented:

Фиг. 1 - общий вид устройства для осуществления предлагаемого способа лазерной обработки материала, по первому варианту, при подаче газа под линзу;FIG. 1 is a general view of a device for implementing the proposed method for laser processing of material, according to the first embodiment, when gas is supplied under the lens;

Фиг. 2 - общий вид устройства для осуществления предлагаемого способа лазерной обработки материала, по второму варианту, при подаче газа под защитное стекло;FIG. 2 is a general view of a device for implementing the proposed method for laser processing of material, according to the second embodiment, when gas is supplied under a protective glass;

Фиг. 3 - показана картина воздействия струй газа на центральную часть линзы или размещенное под линзой защитное стекло по прототипу;FIG. 3 - shows a picture of the effect of gas jets on the central part of the lens or a protective glass placed under the lens according to the prototype;

Фиг. 4 - показана картина воздействия струй газа, по первому варианту, на центральную часть линзы или на размещенное под линзой защитное стекло по предлагаемому изобретению.FIG. 4 - shows the effect of gas jets, according to the first embodiment, on the central part of the lens or on the protective glass placed under the lens according to the invention.

Для осуществления способа лазерной обработки материала, по двум вариантам его реализации, используют устройство, содержащее лазер 1, телескоп 2, включающий отрицательную линзу 3 и положительную линзу 4, перемещаемую вдоль ее оптической оси, установленное в неподвижном корпусе 5 поворотное зеркало 6, центр которого расположен на оптической оси лазера 1.To implement the method of laser processing of material, according to two variants of its implementation, use is made of a device containing a laser 1, a telescope 2, including a negative lens 3 and a positive lens 4, moved along its optical axis, mounted in a fixed housing 5, a rotary mirror 6, the center of which is located on the optical axis of the laser 1.

По первому варианту реализации способа (фиг. 1) фокусирующую линзу 7 размещают в цилиндрическом корпусе 8, сопловую насадку 9 соединяют с цилиндрическим корпусом 8 резьбовым соединением.According to the first embodiment of the method (Fig. 1), the focusing lens 7 is placed in the cylindrical body 8, the nozzle nozzle 9 is connected to the cylindrical body 8 by a threaded connection.

Сопловая насадка 9 по двум вариантам реализации способа выполнена с цилиндрическим ступенчатым отверстием и снабжена размещенной в ее ступенчатом отверстии втулкой 10, выполненной с внутренней поверхностью или в виде конуса или цилиндра, переходящего в конус. Во втулке 10 выполнен, по крайней мере, один ряд наклоненных к оптической оси фокусирующей линзы 7 и симметрично расположенных газораспределительных отверстий 11. По первому варианту оси газораспределительных отверстий 11 направлены в центральную часть фокусирующей линзы 7. Центральная часть фокусирующей линзы 7, на которую воздействуют струями газа, по меньшей мере, равна диаметру проходящего через нее пучка лазерного излучения. Поток газа подают газораспределительными отверстиями 11 диаметром от 1,0 до 2,0 мм. Количество симметрично расположенных газораспределительных отверстий 11 в каждом ряду равно по крайней мере двум. Втулка 10 выполнена с кольцевой канавкой, образующей с внутренней цилиндрической поверхностью насадки 9 и связанную со штуцером 12 подачи технологического газа полость 13 для распределения газа по отверстиям 11 втулки 10.The nozzle nozzle 9 according to two variants of the method is made with a cylindrical step hole and is provided with a sleeve 10 located in its step hole, made with an inner surface or in the form of a cone or cylinder turning into a cone. At least one row of focusing lenses 7 inclined to the optical axis and symmetrically positioned gas distribution holes 11 is made in the sleeve 10. According to the first embodiment, the axis of the gas distribution holes 11 are directed to the central part of the focusing lens 7. The central part of the focusing lens 7, which is affected by jets gas, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it. The gas stream is supplied by gas distribution holes 11 with a diameter of 1.0 to 2.0 mm. The number of symmetrically arranged gas distribution holes 11 in each row is at least two. The sleeve 10 is made with an annular groove forming with the inner cylinder surface of the nozzle 9 and a cavity 13 for connecting the gas through the holes 11 of the sleeve 10 connected to the nozzle 12 for supplying process gas.

По второму варианту реализации способа (фиг 2), фокусирующая линза 7, снабжена размещенным под линзой защитным стеклом 14, выполненным из кварцевого стекла и установленным известным способом в цилиндрическом корпусе 8 под фокусирующей линзой 7.According to the second embodiment of the method (FIG. 2), the focusing lens 7 is provided with a protective glass 14 made under the lens made of quartz glass and installed in a known manner in a cylindrical body 8 under the focusing lens 7.

По второму варианту реализации способа, оси газораспределительных отверстий 11 направлены на центральную часть защитного стекла, 14, равную, по меньшей мере, диаметру проходящего через них пучка лазерного излучения. На выходном конце втулки 10 может быть размещен съемный наконечник 15, выполненный с коническим соплом, при этом диаметры внутренней конической поверхности втулки 10 и съемного наконечника 15 в зоне сопряжения совпадают. Обрабатываемый материал обозначен цифрой 16.According to the second embodiment of the method, the axis of the gas distribution holes 11 are directed to the central part of the protective glass, 14, equal to at least the diameter of the laser beam passing through them. At the output end of the sleeve 10 can be placed a removable tip 15 made with a conical nozzle, while the diameters of the inner conical surface of the sleeve 10 and the removable tip 15 in the mating zone are the same. The processed material is indicated by the number 16.

Устройство для осуществления способа лазерной обработки материала, по двум вариантам его реализации, работает следующим образом.A device for implementing the method of laser processing of material, according to two variants of its implementation, works as follows.

Обрабатываемый материал 16 устанавливают на рабочем столе. Направляют лазерный луч в коллиматор 2, выполненный в виде двухлинзового телескопа 2, и осуществляют коллимации лазерного луча, т.е. его преобразование в параллельный пучок, через его отрицательную линзу 3 и положительную линзу 4, перемещаемую вдоль ее оптической оси. Затем, по первому варианту (фиг. 1), через поворотное зеркало 6, фокусирующую линзу 7, а по второму варианту (фиг. 2), через фокусирующую линзу 7 и размещенное под ней защитное стекло 14 подают сфокусированное лазерное излучение на поверхность обрабатываемого материала 16. Одновременно через штуцер 12 подают технологический газ в полость 13 сопловой насадки 9 и далее по крайней мере одним рядом наклоненных к оптической оси фокусирующей линзы 7 и симметрично расположенных газораспределительных отверстий 11 направляют струи газа, по первому варианту, в центральную часть линзы 7, а по второму варианту, на центральную часть защитного стекла 14, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через его пучка лазерного излучения. При этом технологический газ, например сжатый воздух, получает ускорение в газораспределительных отверстиях 11, выполненных диаметром от 1,0 до 2,0 мм, и всей кинетической энергией истекающих из них струй газа с высокой эффективностью защищает от загрязнений центральную часть соответственно линзы 7 или размещенного под ней защитного стекла 14. Перемещают материал 16 и по заданной программе осуществляют обработку материала 16. По окончании программы обработки отключают лазерное излучение и технологический газ.The processed material 16 is installed on the desktop. The laser beam is directed to a collimator 2 made in the form of a two-lens telescope 2, and the laser beam is collimated, i.e. its transformation into a parallel beam, through its negative lens 3 and positive lens 4, moved along its optical axis. Then, in the first embodiment (Fig. 1), through the focusing lens 7 and the protective glass 14 placed underneath, through the swivel mirror 6, the focusing lens 7, and focused on the surface of the processed material 16 At the same time, through the nozzle 12, the process gas is supplied to the cavity 13 of the nozzle nozzle 9 and then at least one row of gas jets, inclined to the optical axis of the focusing lens 7 and symmetrically located gas distribution holes 11, is directed, according to the first embodiment, to the central part of the lens 7, and according to the second embodiment, to the central part of the protective glass 14, at least equal to the diameter of the laser radiation passing through it. In this case, the process gas, for example compressed air, receives acceleration in the gas distribution openings 11, made with a diameter of 1.0 to 2.0 mm, and with all the kinetic energy of the gas streams flowing out of them protects the central part of the lens 7 or underneath the protective glass 14. The material 16 is moved and, according to the specified program, the material is processed 16. At the end of the processing program, the laser radiation and the process gas are turned off.

Компьютерное моделирование течения газа и воздействия струй газа на линзу (фиг. 3) показывает картину вихреобразного движения потока газа под фокусирующей линзой 7 или защитным стеклом 14 по прототипу. При таком воронкообразном движении потока газа не обеспечивается, в полной мере, защита центральной нижней части линзы 7 или защитного стекла 14, т.е. зоны прохождения пучка лазерного излучения. В результате этого лазерный луч частично поглощается микрочастицами загрязнений, осаждаемых, по первому варианту, в центральной части линзы 7, а по второму варианту, защитного стекла 14, что приводит к снижению эффективности, производительности и качества обработки.Computer simulation of the gas flow and the effects of gas jets on the lens (Fig. 3) shows a picture of the swirling movement of the gas stream under the focusing lens 7 or protective glass 14 of the prototype. With such a funnel-like movement of the gas stream, the central lower part of the lens 7 or the protective glass 14 is not fully protected, i.e. zone of passage of the laser beam. As a result of this, the laser beam is partially absorbed by the microparticles of impurities deposited, in the first embodiment, in the central part of the lens 7, and in the second embodiment, protective glass 14, which leads to a decrease in efficiency, productivity and quality of processing.

По предлагаемому изобретению (фиг. 4), воздействие, по первому варианту, на центральную часть линзы 7, а по второму варианту, на центральную часть размещенного под линзой защитного стекла 14, всей кинетической энергии струй газа, истекающих из наклоненных к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительных отверстий 11, выполненных диаметром от 1,0 до 2,0 мм, увеличивает напорное давление, и тем самым более эффективно защищает линзы 7 или защитное стекло 14 от продуктов испарения с зоны обработки, и тем самым приводит к повышению производительности и качества обработки.According to the invention (Fig. 4), the effect, according to the first embodiment, on the central part of the lens 7, and on the second option, on the central part of the protective glass 14 located under the lens, of the whole kinetic energy of the gas jets flowing from the focusing lens tilted to the optical axis gas distribution holes 11, made with a diameter of from 1.0 to 2.0 mm, increases the pressure head, and thereby more effectively protects the lens 7 or the protective glass 14 from the products of evaporation from the treatment area, and thereby leads to an increase in linen and quality of processing.

Испытание изготовленного опытного образца устройства для лазерной обработки материала при осуществлении твердотельным лазером на кристалле АиТ: Nd+3 импульсно-периодического действия технологий резки, гравировки и наплавки при одинаковых количественных партиях деталей, при одинаковой мощности лазерного излучения и при одинаковом, для каждой из вышеуказанных технологий, давлении газа на входе в устройство подтвердили результаты компьютерного моделирования по прототипу (фиг. 3) и по предлагаемому изобретению (фиг. 4).Testing the manufactured prototype of a device for laser processing of material when using solid-state laser on an A&T crystal: Nd + 3 pulsed-periodic action of cutting, engraving and surfacing technologies with the same quantitative batches of parts, with the same laser radiation power and the same for each of the above technologies , the gas pressure at the inlet to the device confirmed the results of computer simulation of the prototype (Fig. 3) and according to the invention (Fig. 4).

В результате того, что на линзу 7 или размещенное под ней защитное стекло 14 воздействуют истекающими из газораспределительных отверстий 11 струями газа на центральную часть линзы 7 или размещенное под линзой 7 защитное стекло 14 они лучше защищены от загрязнения продуктами испарения и других мелких частиц с зоны обработки.As a result of the fact that on the lens 7 or a protective glass 14 located under it, gas jets flowing from the gas distribution holes 11 onto the central part of the lens 7 or a protective glass 14 located under the lens 7 are better protected from pollution by evaporation products and other small particles from the treatment zone .

Испытания показали, что срок службы линзы или размещенного под ней защитного стекла, при осуществлении различных видов обработки по двум вариантам реализации предлагаемого способа, увеличился, по меньшей мере, в два раза и тем самым повысилась эффективность процесса лазерной обработки, производительность и качество обработки.Tests have shown that the service life of a lens or a protective glass placed under it, when performing various types of processing according to two variants of the proposed method, has increased at least two times and thereby increased the efficiency of the laser processing process, productivity and quality of processing.

Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства.The claimed technical solution is suitable for industrial implementation using existing production technology.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию «промышленная применимость».Thus, the claimed technical solution meets the condition of "industrial applicability".

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2143964, МПК5 В23К 23/14, опубл. 10.01.2000.1. RF patent No. 2143964, IPC 5 V23K 23/14, publ. 01/10/2000.

2. Патент РФ №2127179, МПК6 В23К 23/14, опубл. 10.03 1999.2. RF patent No. 2127179, IPC6 V23K 23/14, publ. March 10, 1999.

Claims (6)

1. Способ лазерной обработки материала, включающий направление на материал сфокусированного лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки, отличающийся тем, что используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия, при этом перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют, а в процессе обработки под нижнюю поверхность линзы в ее центральную часть, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайней мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.1. A method of laser processing of material, including directing focused laser radiation onto the material and simultaneously supplying a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device, characterized in that a laser processing device is used, consisting of a focusing lens located in the housing, a nozzle nozzle, connected to the housing, and a sleeve housed in it, in which gas distribution holes are symmetrically arranged and inclined to the optical axis of the focusing lens, and this, before focusing, the laser radiation is collimated, and during processing, under the lower surface of the lens, a gas stream from at least one of the aforementioned gas distribution holes is introduced into its central part, at least equal to the diameter of the laser beam passing through it. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для коллимации лазерного излучения используют телескоп и осуществляют ее через отрицательную линзу и положительную линзу, которую перемещают вдоль ее оптической оси.2. The method according to p. 1, characterized in that a telescope is used to collimate the laser radiation and is carried out through a negative lens and a positive lens, which is moved along its optical axis. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительные отверстия выполняют диаметром от 1,0 до 2,0 мм.3. The method according to p. 1, characterized in that the gas distribution holes perform a diameter of from 1.0 to 2.0 mm 4. Способ лазерной обработки материала, включающий направление на материал сфокусированного лазерного излучения и одновременную подачу потока газа в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки, отличающийся тем, что используют устройство для лазерной обработки, состоящее из фокусирующей линзы, расположенной в корпусе, защитного стекла, размещенного под линзой, сопловой насадки, соединенной с корпусом, и размещенной в ней втулки, в которой выполнены симметрично расположенные и наклоненные к оптической оси фокусирующей линзы газораспределительные отверстия, при этом перед фокусировкой лазерное излучение коллимируют, а в процессе обработки на центральную часть защитного стекла, по меньшей мере, равную диаметру проходящего через него пучка лазерного излучения, подают поток газа из по крайней мере одного ряда упомянутых газораспределительных отверстий.4. A method of laser processing of material, including directing focused laser radiation to the material and simultaneously supplying a gas stream to the processing zone by means of a laser processing device, characterized in that a laser processing device is used, consisting of a focusing lens located in the housing, a protective glass, placed under the lens nozzle nozzle connected to the housing, and placed in her sleeve, which are made symmetrically located and inclined to the optical axis of the focusing the lenses are gas distribution holes, while the laser radiation is collimated before focusing, and during processing, a gas stream from at least one row of the said gas distribution holes is supplied to the central part of the protective glass at least equal to the diameter of the laser beam passing through it. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для коллимации лазерного излучения используют телескоп и осуществляют ее через отрицательную линзу и положительную линзу, которую перемещают вдоль ее оптической оси.5. The method according to p. 4, characterized in that for the collimation of laser radiation using a telescope and carry it through a negative lens and a positive lens, which is moved along its optical axis. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что газораспределительные отверстия выполняют диаметром от 1,0 до 2,0 мм.6. The method according to p. 4, characterized in that the gas distribution holes perform a diameter of from 1.0 to 2.0 mm
RU2015142061A 2015-10-02 2015-10-02 Method of laser material processing (versions) RU2624568C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142061A RU2624568C2 (en) 2015-10-02 2015-10-02 Method of laser material processing (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142061A RU2624568C2 (en) 2015-10-02 2015-10-02 Method of laser material processing (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015142061A RU2015142061A (en) 2017-04-06
RU2624568C2 true RU2624568C2 (en) 2017-07-04

Family

ID=58505244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015142061A RU2624568C2 (en) 2015-10-02 2015-10-02 Method of laser material processing (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624568C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2127179C1 (en) * 1997-08-21 1999-03-10 Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Apparatus for laser treatment
RU2139783C1 (en) * 1997-12-30 1999-10-20 Закрытое акционерное общество "ТехноЛазер" Device for laser cutting
RU2350445C1 (en) * 2007-06-14 2009-03-27 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) Method for cutting of thick metal sheets
CN203227932U (en) * 2013-05-17 2013-10-09 武汉梅曼科技有限公司 Multi-layer gas curtain laser cutting head
JP2014237148A (en) * 2013-06-07 2014-12-18 株式会社アマダ Protection method for cover glass and laser processing head

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2127179C1 (en) * 1997-08-21 1999-03-10 Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Apparatus for laser treatment
RU2139783C1 (en) * 1997-12-30 1999-10-20 Закрытое акционерное общество "ТехноЛазер" Device for laser cutting
RU2350445C1 (en) * 2007-06-14 2009-03-27 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) Method for cutting of thick metal sheets
CN203227932U (en) * 2013-05-17 2013-10-09 武汉梅曼科技有限公司 Multi-layer gas curtain laser cutting head
JP2014237148A (en) * 2013-06-07 2014-12-18 株式会社アマダ Protection method for cover glass and laser processing head

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015142061A (en) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11253955B2 (en) Multi-segment focusing lens and the laser processing for wafer dicing or cutting
CN111065485B (en) Apparatus and method for laser machining transparent workpieces using an afocal beam adjustment assembly
JP2010527792A (en) Material processing method using laser irradiation and apparatus for performing the same
US20170312856A1 (en) Laser cladding method and device for implementing same
RU2447979C2 (en) Device for laser surfacing and alloying
WO2017170890A8 (en) Laser machining apparatus and laser machining method
KR20160118967A (en) Laser light irradiation apparatus and laser peening treatment method
DE60120616D1 (en) Method and device for laser cutting with a dual-liquid double-focus cutting head
CN109416419B (en) Device for processing material by means of a laser beam
CN110446578B (en) Device for laser material machining in a machining direction and method for material machining with a laser beam
AU4867599A (en) Apparatus and method for producing an improved laser beam
JP2017170477A5 (en)
RU2010147573A (en) LASER SPOT CONFIGURATOR AND METHOD OF LASER PROCESSING OF CONSTRUCTION MATERIAL ON ITS BASIS
KR101845750B1 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
RU2624568C2 (en) Method of laser material processing (versions)
CN112159978A (en) Center powder feeding type cladding head capable of preheating and tempering
RU165022U1 (en) DEVICE FOR LASER PROCESSING
RU2655402C2 (en) Installation for laser treatment of product inner surface
CN112440005A (en) Bessel beam with axicon for cutting transparent materials
CN104785923A (en) Multi-point focusing laser processing device
RU2007144780A (en) DEVICE FOR GAS LASER CUTTING OF MATERIALS
JP6213678B2 (en) Mask for laser processing
KR101059370B1 (en) Air Nozzle for Laser Optics Head
KR20150079301A (en) Protective glass unit for laser optic head
KR20140065776A (en) Protective glass unit for laser optic head

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191003