SE465456B - Foerfarande vid laserskaerning av metallplaat - Google Patents

Description

465 456 2 Hittills har man använt en skärgas som omfattat i det närmaste 100% oxygen då man med en sådan skärgas erhållit bästa resultat med hänsyn till uppnåeliga skärhastigheter och acceptabla snittkvaliteter. Kvaliteten är beroende av flera parametrar. Här kan anges skärhastighet, skärgastryck, dvs gastrycket i dysen, dysdiameter, dvs håldiametern i dysmynningen, munstycksavstånd, dvs avståndet mellan dysmyn- ning och arbetsstycke och lasereffekt. Allmänt kan sägas att ett stigande skärgastryck ger en ökad skärhastighet. Skär- gastrycket måste dock begränsas bl a med hänsyn till fokuse- ringslinsen. Laserskärning med ren oxygen som skärgas medför emellertid vissa nackdelar, speciellt med rostfritt stål.

Under uppsmältningen av materialet i arbetsstycket bildas oxider. Dessa tillsammans med smält material blåses ut genom snittskåran. En del av oxiderna och det smälta materialet avsätts dock som grader på undersidan av snittfogen. Dessa grader kan, speciellt på höglegerade stål, vara svåra att avlägsna. Vid skärning med ren oxygen i skärgasen blir den uppsmälta zonen uppblandad med slagg, dvs en blandning av oxider från arbetsstycket. Slaggflagorna i snittytan kan ge svårigheter vid en efterföljande svetsning. En plåt som är skuren med ren oxygen som skärgas kan sålunda ge en svetsfog som innehåller slagginneslutningar som kan vara svåra att avlägsna. Ett sätt att undvika svårigheterna med oxidbild- ningar och därav följande grad- och slaggbildningar vore att ersätta oxygenet i skärgasen med en inaktiv gas. Detta skulle dock medföra att skärhastigheten skulle sjunka till en mycket låg nivå. Ett dylikt förfarande är sålunda behäf- tat med stora nackdelar.

Avsikten med föreliggande uppfinning är nu att åstad- komma ett förfaringssätt med vars hjälp nämnda nackdelar kraftigt kan reduceras. Förfaringssättet kännetecknas därvid i huvudsak av att skärgasen som omfattar åtminstone en aktiv gas som oxygen blandas med åtminstone en i huvudsak inaktiv gas som exempelvis He, NZ, Ar, C02, dvs en gas eller gas- blandning som har ringa reaktionsbenägenhet med materialet i arbetsstycket och att oxygenkoncentrationen ligger i inter- vallet 30-90% av det totala skärgasinnehàllet.

'EV Uppfinningen kommer att närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar principen för en laserskärningsutrustning och där fig. 2 och fig. 3 visar exem- pel på skärhastigheten som funktion av oxygenkoncentrationen i skärgasen vid en typisk skärgasblandning. Utrustningen enligt fig. 1 är redan beskriven i det föregående. Skärgasen innehål- lande oxygen blandad med en inaktiv gas införes genom tilled- ningen 5 till dyskammaren 4. Som inaktiva tillsatsgaser har vid utförda försök använts He, N2, Ar och C02. För att erhålla bästa möjliga resultat vad gäller skärhastighet och snittkva- litet nåste lämpliga värden väljas på linsens position, på dysmynningens diameter och på avståndet munstycksmynning-ar- betsstycke. Vidare bör lämpligt skärgastryck användas i dysen och en lämplig blandning av aktiva och inaktiva gaser i skär- gasen användas. Vid en C02-laser bör en effekt på över 400 W användas. Dysdiametern kan ligga i intervallet 0,8 - 1,2 mm och munstycksavståndet i intervallet 0,25 - 0,60 mm. Skärgas- trycket i dysen bör ligga i intervallet 2 - 5 bar. Med speci- ella dysor kan ett högre skärgastryck användas, varvid trycket kan överstiga 7 bar.

Skärgasblandningen, dvs blandningen mellan oxygen och en inaktiv gas, bör som nämnts vara sådan att oxygenkoncentra- tionen ligger i intervallet 30-90% av det totala skärgasinne- hållet. Om någon av de inaktiva gaserna He, N2, Ar och C02 användes, bör oxygenkoncentrationen vid skärning av höglegerat och rostfritt stål ligga i intervallet 40-80% av det totala skärgasinnehållet. Om som inaktiv gas väljes He bör oxygenkon- centrationen härvid ligga i intervallet 45-75% av det totala skärgasinnehållet. Om någon av övriga nämnda gaser N2, Ar eller C02 väljes som inaktiv gas bör oxygenkoncentrationen ligga i intervallet 40-70% av det totala skärgasinnehållet.

Skärförsök har gjorts på arbetsstycken i form av plåtar av olika tjocklek och av olegerat och höglegerat, t ex rost- fritt material. Försöken har utförts vid olika munstycksav- stånd, varvid bästa skärresultat erhölls vid så små munstycks- avstånd som möjligt. Som praktiskt värde kan anges 0,3 mm. Som praktiskt värde på hålet i dysmynningen kan anges en diameter på 0,8 mm. Vid försöken varierades för varje plåttjocklek och 465 456 skärgasblandning, skärhastighet och gastryck samt linsens position så att bästa skärbetingelser kunde bestämmas.

Försöken visar att generellt sett sjunker skärhastigheten då oxygenhalten i skärgasen minskar. Vid respektive försök har den högsta skärhastigheten vid bästa möjliga snittkvalitet bestämts för skärgasblandningar bestående av oxygen blandat med He, Nzç Ar och C02. graderna i skärsnittet som varit avgörande vid bedömningen av I första hand är det storleken på snittkvaliteten. På fig. 2 och fig. 3 visas skärhastigheten som funktion av oxygenkoncentrationen i skärgasen, varvid skärgasen blandats med He. Fig. 2 visar dessa förhållanden vid skärning i rostfri plåt av 0,5 mm tjocklek och fig. 3 vid skärning i rostfri plåt av 1,0 mm tjocklek. Dessa kurvor visar typiska exempel på relationen skärhastighet, oxygenkoncentra- tion och snittkvalitet. För övriga nämnda gaser erhålles kur- vor av likartat utseende.

Av figurerna 2 och 3 framgår att skärhastighetskurvan har ett minimum vid en oxygenhalt av 90% och att kurvan därefter stiger för minskande oxygenkoncentration. Vid heliuminbland- ning i skärgasen erhålles en högsta skärhastighet i interval- F let 45-75% oxygenkoncentgration. På figurerna 2 och 3 har även markerats skärhastigheten vid 100% He-inblandning. Skärhastig- heten är därvid endast omkring 0,5 m/min, vilket är helt oacceptabelt. Detta understryker den betydelse en närvaro av oxygen i skärgasen har för laserskärningsprocessen. Vad gäller snittkvaliteten så erhålles speciellt för rostfritt material ~ en definitiv förbättring vid användning av en blandgas som skärgas. Detta beror på att man vid skärning med ren oxygen får en grad på snittets underkant, vilken grad kan vara svår att avlägsna. Detta gäller även för blandgaser i området, 90-100% oxygenhalt. Området 80-90% oxygenhalt är ett över- gångsområde, där graden börjar anta formen av kulor. Detta blir än mer markant för oxygenhalter under 70%. Här förekommer graderna som små kulor längs snittet - kulor som lätt kan avlägsnas t ex med en borste. Denna förbättring av skärsnitt- kvaliteten avspeglar sig alltså i den tidigare nämnda ökningen av skärhastigheten. 5' 465 456 En ytterligare förbättring av skärsnittkvaliteten vid användning av en blandgas som skärgas har kunnat konstateras genom metallurgiska undersökningar utförda med elektronmikro- skop. Vid skärning med användning av en blandgas har man fun- nit att den uppsmälta zonen i skärsnittet blir mindre och att zonen inte innehåller några insprängda slaggflagor. Vid en efterföljande svetsning av t ex en rostfri plåt erhåller svetsen en blank yta då blandgas använts i skärgasen.

Genom att använda en skärgas vid laserskärningen som omfattar en blandgas bestående dels av en aktiv gas, oxygen, dels en inaktiv gas som He, N2, Ar eller C02, där oxygenkon- centrationen ligger i intervallet 30-90% av det totala skär- gasinnehållet, kan skärningen utföras i såväl olegerad som höglegerade arbetsstycken under godtagbara betingelser. Vis- serligen fås en lägre skärhastighet, men skärsnittkvaliteten blir i gengäld bättre. Man erhåller vid skärsnittet inte några grader eller grader som mycket enkelt kan avlägsnas. Inte heller uppkommer några slagginneslutningar på snittytan, vil- ket är en stor fördel vid en efterföljande svetsprocedur.

Claims (2)

ß 465 456 10 15 6 PATENTKRAV

1. Förfarande vid laserskärning av metallplåt för att i skärsnittet undvika grad- och slaggbildning och för att åstadkomma god svetsbarhet och att samtidigt möjliggöra hög skärhastighet i metallplåten, varvid en skärgas som omfattar åtminstone en aktiv gas, t ex oxygen, användes och som blan- das med en i huvudsak inaktiv gas såsom exempelvis helium, nitrogen, argon, koldioxid eller en blandning sådana gaser, dvs en gas eller gasblandning som har ringa reaktionsbenägen- het med metallplåtens material, kännetecknat därav, att skärgasens oxygenhalt vid användning av laserskärning av metallplât av olegerat, höglegerat eller rostfritt material, såsom stål, ligger i intervallet 40 till 70 volymprocent.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid helium användes som inaktiv gas, kännetecknat därav, att oxygenhalten ligger i intervallet 45 till 70 volymprocent av det totala skärgasin- nehållet. 'vw-