專利名稱：材料的激光切割的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及材料的激光切割法和激光切割設備，特別涉及用低功率激光切割機對厚型型鋼進行的切割。
大家知道，激光切割過程是將功率較高的激光束聚焦到待切割的材料表面。激光能使材料保持在其熔點溫度，同時用高速噴射氣流吹除熔融的材料從而形成切口。這個周知的過程是將激光能提供給整個切口深度，因而要形成合格的切口需要高功率高質量的激光束。
歐洲專利公報0458180介紹了一種用激光束和高壓氣流切割工件的方法，激光束和高壓氣流都通過噴嘴噴射出來，激光束的焦點位于待切割工件表面上方一段距離處，從而使激光束作為散焦激光束沖擊工件表面。這個激光束連同高壓氧氣或富氧氣體的噴射流一起在切割面上形成干凈、精確的邊緣和優(yōu)質的表面加工。
美國專利3604890介紹的一種激光切割系統(tǒng)是使激光束能量照射到部分鍍銀的反射面，從而使激光束分成兩股獨立的激光束，接著各激光束由各自的透鏡系統(tǒng)聚焦，使一股光束聚焦到大致處在等待切割工件表面的一點上，同時另一股光束聚焦到所述的點上，其焦深大于所述第一股光束的焦深。各透鏡系統(tǒng)位于各自有關的切割頭上，切割頭有一個氣體入口用以將帶壓的氣體引導到工件上有關光束被聚焦的部位。這種切割系統(tǒng)采用兩個透鏡系統(tǒng)和兩個切割頭，因而結構復雜，制造和裝配成本也高，尤其是仿形切割，更是如此。
本發(fā)明的目的是改進低功率激光切割特別是厚型型鋼的切割效率，具體作法是，將激光束分成焦深一大一小的兩股激光束。
本發(fā)明的激光切割設備由一個激光能源和一個光學裝置組成。光學裝置用以將激光束從所述激光能源發(fā)射出來時分離成兩股獨立的激光束，并將各激光束如此分離時聚集到相對于工件預定的位置上，一股光束的焦深大于另一股光束的焦深，其中，光學裝置位于單一的切割頭上。該切割頭有一個帶壓氧氣或富氧氣體入口和供氧氣或富氧氣體排出的噴嘴。至少有一股光束聚焦在工件表面上方的位置，使使用過程中工件表面為所述一股光束所照射到的面積大于富氧氣體離開噴嘴時所噴射的面積。
在本發(fā)明的一個實施例中，光學裝置有一個光衍射元件安置在切割頭的一端，用以將激光能束分離成兩股獨立的激光能束。分離出來的一股激光能束被引導到位于切割頭另一端附近的一個透鏡，由該透鏡將所述分離出的一股激光能束聚焦到工件表面上方的一個位置。其余分離出來的激光能束由所述光衍射元件聚焦，使其不改變地通過透鏡。
在另一個實施例中，光學裝置有一個雙件透鏡，位于切割頭的一端，用以將激光能束分離成兩股獨立的激光能束。分離出的一股激光能束引到位于切割頭另一端附近的一個透鏡，由該透鏡將所述分離出的一股激光能束聚焦到工件表面上方的一個位置。其余分離出來的激光能束由所述雙件透鏡聚焦，使其不改變地通過透鏡。
現(xiàn)在參看示意附圖舉例說明本發(fā)明的一些實施例。附圖中

圖1是激光切割設備切割頭的橫截面示意圖；圖2是圖1切割頭的橫截面示意圖，但示出了分離激光束聚焦到彼此間隔一段距離的位置的情況；圖3是激光切割設備另一種切割頭的橫截面示意圖。
如圖1中所示，激光束2從激光源(圖中未示出)發(fā)射出來，通過位于切割頭6上端(如圖中所示)的光衍射元件4。激光束2通過光衍射元件4的過程中被分離成兩股光束8和10，此兩股激光束都引導到位于切割頭6下端(如圖所示)附近的透鏡12。光束10經(jīng)光衍射元件4聚焦后不改變地通過透鏡12，聚焦到噴嘴14內的一個點。透鏡12將光束8聚焦到光束10同樣的點或位置上，從而使兩光束8和10都聚焦到噴嘴14內距待切割工件(圖中未出)上方預定距離的位置。
從圖1可以清楚地看到，光束10的焦深大于光束8。
經(jīng)已發(fā)現(xiàn)，寬度更大的聚焦光束8實際上起了預熱發(fā)生器的作用，而且由于其在工件表面的分布范圍寬，因而其所起的作用穩(wěn)定，同時光束10的焦深更大，因而其提供的能量達到切口的下側，而且提高了切割速度。
圖2示出了圖1同樣的切割頭6，但光衍射元件4和透鏡12配置得使光束8和10聚焦到彼此間隔一段距離的位置，光束8聚焦到噴嘴14內距待切割工件上方一段距離的位置，光束10則聚焦到工件表面上或工件表面下方，即切口內。
圖3所示的實施例基本上與參看圖1和圖2所述的相同，同樣的編號表示同樣的部件。
在圖3的實施例中，雙鏡片透鏡5代替了光衍射元件4，實際上以類似的方式起作用，即光束2通過雙鏡片透鏡5時，分離成兩股光束8和10之后，沿切割頭6內側射向透鏡12，由透鏡12將其聚焦到噴嘴14內的一個位置。光束10由雙鏡片透鏡5聚焦后，不改變地通過透鏡12。從圖中可以看到，光束8和10聚焦在噴嘴14內同一個點或位置上，即聚焦到工件表面上方。應該理解的是，待切割的工件與噴嘴14間隔很小的一段距離，在噴嘴14下方移動，從而使兩股光束，在散焦狀態(tài)下射到工件表面。
應該理解的是，只有光束8需要聚焦到工件表面上方使其以散焦狀態(tài)射到工件表面。光束10可以而且最好聚焦到工件表面或其下方，即聚焦到切口內。
不言而喻，圖1、圖2和圖3所示的切割頭各個都按周知的方式配備有氣體入口16供引入高壓氧氣或富氧氣體，這些氣體作為噴射流從噴嘴14噴出，與工件起反應并清除熔融的材料，從而形成切口。噴嘴14和光學裝置在尺寸和配置方面取得使工件表面為散焦光束8所照射的面積始終大于氧氣或富氧氣體所噴射的面積。
上述諸實施例的具體優(yōu)點是采用安置在單一切割頭內的單一光學裝置形成實際上獨立的兩股光束，這比起現(xiàn)有技術具有這樣的好處，即進行仿型切割時組裝起來要容易得多。
權利要求
1.一種工件切割設備，由激光能源和光學裝置(4)組成，光學組裝置(4)用以將激光能束(2)從所述激光能源射出時分離成兩股獨立的激光能束(8，10)，并將各激光能束如此分離時聚焦到相對于工件預定的位置上，一股激光能束(10)的焦深大于另一股激光能束(8)，其特征在于，光學裝置(4)安置在單一切割頭(6)中，切割頭(6)有一個氧氣或富氧氣體入口(16)和作為氧氣或富氧氣體出口的噴嘴(14)，至少有一股激光能束(8)聚焦到工件表面上方使使用時工作表面為所述一股激光能束(8)所照射的面積大于為氧氣或富氧氣體離開噴嘴(14)時所噴射的面積。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，光學裝置(4)有一個光衍射元件位于切割頭(6)的一端，用以將激光能束分離成兩股獨立的激光能束(8，10)，分離出的一股激光能束(8)被引導到位于切割頭(6)另一端附近的透鏡(12)，由該透鏡將分離出的所述激光能束(8)聚焦到工件表面上方的一個位置；其余發(fā)離出的激光能束(10)則由所述光衍射元件聚焦，使其不改變地通過透鏡(12)。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，光學裝置(4)有一個雙鏡片透鏡(5)，位于切割頭(6)的一端，用以將激光能束分離成兩股獨立的激光能束(8，10)，分離出的一股激光能束(8)引到切割頭(6)另一端附近的透鏡(12)，由該透鏡將所述分離出的一股激光能束聚焦到工件表面上方的一個位置；其余分離出的激光能束(10)則由所述雙鏡片透鏡聚焦，使其不改變地通過透鏡(12)。
4.如1至3任一權利要求所述的設備，其特征在于，噴嘴(14)附在切割頭(6)緊靠工件的一端。
5.如1至4任一權利要求所述的設備，其特征在于，所述分離出的一股激光能束(8)聚焦到噴嘴內的一個點，其余分離出的激光能束(10)則聚焦到工件表面或其下方。
全文摘要
一種工件切割設備，其光學裝置(4)位于單一切割頭(6)內，用以將激光能束分離成兩股獨立的激光能束(8，10)。切割頭(6)有一個帶壓氧氣的入口(16)和作為氧氣出口的噴嘴(14)。分離出的至少一股激光能束(8)聚焦到工件表面上方的一個位置。從而使使用時工件表面為分離出的激光能束所照射的面積大于氧氣從噴嘴(14)噴出時所噴射的面積。
文檔編號B23K26/06GK1145837SQ96110919
公開日1997年3月26日 申請日期1996年8月5日 優(yōu)先權日1995年8月5日
發(fā)明者W·奧尼爾 申請人:英國氧氣集團有限公司