本發(fā)明涉及一種激光切割技術(shù)，尤其涉及一種激光切割的收刀工藝。

背景技術(shù)：

激光切割技術(shù)常見的應(yīng)用之一是，根據(jù)需求，在碳鋼板上切割出相應(yīng)形狀的孔。這些孔可能是圓形的、方形的，也可能是形狀不規(guī)則的孔，但它們被激光切割時(shí)的共同特征是，激光切割的路徑最終都會(huì)閉合。

激光切割路徑的閉合處往往也會(huì)是激光切割的收刀處。通常情況下，對(duì)于同一個(gè)孔，技術(shù)人員會(huì)盡量讓激光連續(xù)切割，使得整個(gè)孔的切割只需一個(gè)收刀處，這樣有助于節(jié)省切割的時(shí)間。

中國(guó)專利申請(qǐng)“一種激光切割轉(zhuǎn)角的方法及系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)枺?01410065823.2)公開了一種減少激光切割拐角處熔損的方法。該專利申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題與本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題有相似處。其主要的技術(shù)特征為：(a)激光從待加工工件的一邊切割至轉(zhuǎn)角位置，暫停切割程序；(b)待加工工件冷卻至一定溫度時(shí)，重啟加工程序，激光從待加工工件轉(zhuǎn)角位置的另一邊切出。這種方法增加了冷卻環(huán)節(jié)，耗時(shí)增加，且整個(gè)切割過程難以控制。因?yàn)槔鋮s時(shí)間一般需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出，不僅受材料本身特性的影響，還受環(huán)境溫度和冷卻方式的影響。最佳的冷卻時(shí)間不易得出。即便轉(zhuǎn)角處經(jīng)過了冷卻，激光在切割過程中強(qiáng)烈的熱擴(kuò)散也會(huì)減弱冷卻的效果。綜合來看，這種被動(dòng)適應(yīng)激光切割熱擴(kuò)散的切割方法并不理想。

激光切割的收刀工藝需要克服以下幾個(gè)問題：1、激光切割的收刀處因熱量過度集中導(dǎo)致過熔，收刀處邊緣破損或者收刀處邊緣有殘余材料堆積。2、激光 切割收刀處過熔減弱，但激光切割的熱量不足，造成切割不徹底。

解決激光切割收刀處過熔問題的關(guān)鍵是，控制好激光在收刀處的熱擴(kuò)散。本發(fā)明根據(jù)這一思想，研究出了一種激光切割的收刀工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了減少激光切割收刀處的熔損缺口或材料堆積，且切割徹底，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

一種激光切割的收刀工藝，主要內(nèi)容包括：將切割路徑分為三段：正常切割段、低速切割段、收刀處弱連接段；

正常切割段能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割；

低速切割段用低于正常切割段的激光功率和速度切割，并且逐漸降低功率和速度到零；

收刀處弱連接段為低速切割段的激光功率和速度降低到零后，利用激光切割的余熱使其熔斷。

進(jìn)一步，還包括以下內(nèi)容：所述激光切割的收刀工藝用于切割板材上的切割孔，根據(jù)板厚和切割孔的大小可以采用高速模式或低速模式兩種不同的激光功率和速度變化模式；

所述高速模式為，在正常切割段以能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割，當(dāng)激光焦點(diǎn)到達(dá)低速切割段后，激光功率立即稍微減小，激光移動(dòng)速度在激光焦點(diǎn)進(jìn)入低速切割段后逐漸減小到零，激光功率在接近低速切割段時(shí)迅速減小到零，在低速切割段的終點(diǎn)，激光的功率和速度均為零，收刀處弱連接段則利用余熱熔斷；

所述低速模式為，在正常切割段以能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割，當(dāng)激光焦點(diǎn)到達(dá)低速切割段后，激光功率和移動(dòng)速度迅速大幅減小， 以較小的功率和較低的速度切割低速切割段，并在臨近低速切割段的終點(diǎn)時(shí)，激光移動(dòng)速度和功率減小到零，但激光移動(dòng)速度應(yīng)該首先減小。

進(jìn)一步，還包括以下內(nèi)容：當(dāng)激光切割采用fiber(光纖)激光切割機(jī)時(shí)：

用t表示板厚，用φ表示切割孔的直徑，當(dāng)φ≥t時(shí)，適合采用高速模式，以o2為輔助切割氣體，激光穿孔方式為脈沖穿孔；

當(dāng)1t＞φ≥0.7t時(shí)，適合采用低速模式，以air,n2(o2)為輔助切割氣體，激光穿孔方式為脈沖穿孔。

進(jìn)一步，當(dāng)激光切割采用co2激光器時(shí)：用t表示板厚，用φ表示切割孔的直徑；當(dāng)φ≥0.7t時(shí)，適合采用高速模式，以air,n2(o2)為輔助切割氣體，激光穿孔方式為脈沖穿孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要有以下的有益效果：

1、將切割路徑分為三段：正常切割段、低速切割段、收刀處弱連接段。正常切割段用相對(duì)較高的激光功率和速度切割，低速切割段用相對(duì)較低的激光功率和速度切割并且逐漸降低功率和速度到零，收刀處弱連接段利用激光切割的余熱使其熔斷。巧妙的利用激光切割的余熱熔斷收刀處弱連接段，既不需要中途停止激光切割，還能有效避免過熔。

2、對(duì)于不同大小的孔通過控制功率和切割速度，可以實(shí)現(xiàn)較好的收刀效果，滿足加工要求。

附圖說明

圖1是，用常規(guī)激光切割收刀工藝在厚度為16mm的碳鋼板上，切割出直徑為11mm的圓孔，收刀處熔損的示意圖。

圖2是，用常規(guī)激光切割收刀工藝在厚度為7mm的不銹鋼板上，切割出長(zhǎng)為35mm寬為25mm的長(zhǎng)條孔，收刀處材料堆積的示意圖。

圖3是用常規(guī)激光切割收刀工藝切割圓孔時(shí)的路徑示意圖。

圖4是常規(guī)激光切割收刀工藝的激光功率和激光移動(dòng)速度的示意圖。

圖5是常規(guī)激光切割收刀工藝收刀處的熱擴(kuò)散示意圖。

圖6是常規(guī)激光切割收刀工藝收刀處熔損形成的示意圖。

圖7是本發(fā)明激光切割收刀工藝切割圓孔時(shí)的路徑示意圖。

圖8是本發(fā)明激光切割收刀工藝高速模式示意圖。

圖9是本發(fā)明激光切割收刀工藝低速模式示意圖。

圖10是，用本發(fā)明激光切割收刀工藝在厚度為16mm的碳鋼板上，切割出直徑為11mm的圓孔，收刀處熔損的示意圖。

圖11是，用本發(fā)明激光切割收刀工藝在厚度為7mm的不銹鋼板上，切割出長(zhǎng)為35mm寬為25mm的長(zhǎng)條孔，收刀處材料堆積的示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

001—用常規(guī)激光切割收刀工藝切割的厚度為16mm的碳鋼板；

002—用本發(fā)明激光切割收刀工藝切割的厚度為7mm的不銹鋼板；

003—用本發(fā)明激光切割收刀工藝切割的厚度為16mm的碳鋼板；

004—用常規(guī)激光切割收刀工藝切割的厚度為7mm的不銹鋼板；

005—碳鋼板；

0051—碳鋼板切割廢料；

00511—過熔區(qū)域；

6—激光光束；

101—常規(guī)激光切割收刀工藝的正常切割段；

102—常規(guī)激光切割收刀工藝的減速切割段；

2—激光光束焦點(diǎn)

201—收刀處的低溫區(qū)；

202—收刀處的高溫區(qū)；

203—切割路徑；

301—本發(fā)明激光切割收刀工藝的正常切割段；

302—本發(fā)明激光切割收刀工藝的低速切割段；

303—收刀處弱連接段；

s—收刀處的熔損區(qū)域；

q—收刀處的殘余材料堆積區(qū)。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行全面的描述。但是，本發(fā)明也可以采用其他多種不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。

除非另有定義，本文使用的技術(shù)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。

激光切割收刀處邊緣破損以及收刀處邊緣有殘余材料堆積原因分析：

本說明書所述的常規(guī)激光切割收刀工藝指的是表格1所描述的激光切割收刀工藝。本說明書所述的收刀處指的是激光切割路徑的閉合處，或者是激光切割路徑的交匯處。

發(fā)明人應(yīng)用常規(guī)激光切割收刀工藝對(duì)鋼材進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性切割。切割實(shí)驗(yàn)的條件、材料、結(jié)果參見表格1。

表格1

參考圖1，表格1中的碳鋼板001用常規(guī)激光切割收刀工藝切割后，收刀處的熔損區(qū)域s有明顯的缺口。缺口的深度一般不會(huì)超過切割材料的厚度，而其寬度通常會(huì)逐漸減小。

參考圖2，表格1中的不銹鋼板004用常規(guī)激光切割收刀工藝切割后，收刀處的殘余材料堆積區(qū)q有明顯的球狀殘余材料。收刀處堆積有明顯的殘余材，通常會(huì)影響到對(duì)切割孔的使用，有時(shí)甚至需要對(duì)收刀處的殘余材料堆積區(qū)q進(jìn)行打磨。不銹鋼板004的收刀處有殘余材料堆積的原因是，收刀處的金屬提前熔融并且外溢，殘余的金屬在激光切割的路徑以外，收刀后殘余的金屬便保留在收刀處周邊。

參考圖3，對(duì)于圓孔的切割，常規(guī)激光切割收刀工藝一般會(huì)將切割路徑分為兩段，即正常切割段101和減速切割段102。正常切割段101較長(zhǎng)，減速切割段102較短。參考圖4，對(duì)于圓孔的切割，常規(guī)激光切割收刀工藝的激光功率和激光移動(dòng)速度一般會(huì)在減速切割段102驟減。激光功率通常會(huì)在激光移動(dòng)速度降低后才減小，且在激光移動(dòng)速度降到零以后激光功率才會(huì)減小到零。

參考圖5，對(duì)于圓孔的切割，常規(guī)激光切割收刀工藝收刀處的熱擴(kuò)散可大致分為兩個(gè)區(qū)域，即低溫區(qū)201和高溫區(qū)202。其中高溫區(qū)202以激光光束焦點(diǎn)2 為中心，并覆蓋了切割路徑203的閉合處。低溫區(qū)201位于高溫區(qū)202的周邊。

參考圖6，對(duì)于圓孔的切割，常規(guī)激光切割收刀工藝收刀處熔損形成的過程大致為：收刀處的金屬在激光光束6抵達(dá)之前即已受熱熔融，收刀處周邊的金屬也相應(yīng)受熱處于熔融狀態(tài)，碳鋼板切割廢料0051受力傾斜，過熔區(qū)域00511粘附在碳鋼板切割廢料0051上，在碳鋼板切割廢料0051掉落后，碳鋼板005的收刀處留下熔損缺口。

本發(fā)明的激光切割收刀工藝：

參考圖7，為了減少收刀處的熱量，將切割路徑分為三段：正常切割段301、低速切割段302、收刀處弱連接段303。正常切割段301以能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割，低速切割段302用低于正常切割段301的激光功率和速度切割，并且逐漸降低功率和速度到零，收刀處弱連接段303利用激光切割的余熱使其熔斷。

根據(jù)板厚和切割孔的大小可以采用兩種不同的激光功率和速度變化模式。為了方便描述，我們用t表示板厚，用φ表示切割孔的直徑。

對(duì)于fiber(光纖)激光切割機(jī)，當(dāng)φ≥t時(shí)，適合采用如圖8所示的高速模式。在正常切割段301以能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割。當(dāng)激光焦點(diǎn)到達(dá)低速切割段302后，激光功率立即稍微減小，激光移動(dòng)速度在激光焦點(diǎn)進(jìn)入低速切割段302后逐漸減小到零。激光功率在接近低速切割段302時(shí)迅速減小到零。在低速切割段302的終點(diǎn)，激光的功率和速度均為零。收刀處弱連接段303則利用余熱熔斷。當(dāng)1t＞φ≥0.7t時(shí)，適合采用如圖9所示的低速模式。在正常切割段301以能滿足產(chǎn)品加工精度需要的激光功率和速度切割。當(dāng)激光焦點(diǎn)到達(dá)低速切割段302后，激光功率和移動(dòng)速度迅速大幅減小，以較小的功率和較低的速度切割低速切割段302，并在臨近低速切割段302的終點(diǎn)時(shí)，激光 移動(dòng)速度和功率減小到零，但激光移動(dòng)速度應(yīng)該首先減小。

對(duì)于co2激光器，當(dāng)φ≥0.7t時(shí)，適合采用如圖8所示的高速模式。

發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出，對(duì)于常見的鋼鐵板材的切割，可以采用表格2所示的方法切割。

表格2

本發(fā)明激光切割收刀工藝切割效果驗(yàn)證：

發(fā)明人在不銹鋼板002和碳鋼板003上驗(yàn)證了本發(fā)明所述的激光切割收刀工藝。具體情況參見表格3。

表格3

參考圖10，碳鋼板003用本發(fā)明激光切割收刀工藝切割后，收刀處的熔損區(qū)域s沒有明顯的熔損缺口。

參考圖11，不銹鋼板002用本發(fā)明激光切割收刀工藝切割后，收刀處的殘余材料堆積區(qū)q沒有明顯的殘余材料堆積。

本實(shí)施例主要有以下的有益效果：

1、將切割路徑分為三段：正常切割段301、低速切割段302、收刀處弱連接段303。正常切割段301用相對(duì)較高的激光功率和速度切割，低速切割段302用相對(duì)較低的激光功率和速度切割并且逐漸降低功率和速度到零，收刀處弱連接段303利用激光切割的余熱使其熔斷。巧妙的利用激光切割的余熱熔斷收刀處弱連接段303，既不需要中途停止激光切割，還能有效避免過熔。

2、對(duì)于不同大小的孔通過控制功率和切割速度，可以實(shí)現(xiàn)較好的收刀效果，滿足加工要求。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。