能消除切割條件改變區內各種缺陷的激光切割方法技術

一種激光切割方法，當切割條件變化時可以有效地消除切割缺陷。當激光束沿路徑到達第一切割條件改變為第二切割條件的位置時，停止激光束對工件的照射。然后，激光束沿該路徑從上述位置后退一個預定的距離。經一段延遲時間后，激光束再次沿該預定路徑移動，在第二切割條件下切割工件。后退距離根據工件的厚度而定。而且，當激光束停止照射時，可以在切割路徑的鄰近將輔助氣體噴射在工件上。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及利用激光束能量切割各種材料的激光切割方法，尤其涉及能有效地防止工件的切割面因切割條件改變而引起的損傷，并防止當進行激光切割時因切割條件改變而降低工件切割質量的一種激光切割方法。在用激光切割銳角或類似形狀期間，切割條件通常發生改變，在用作普通直線切割的高速、高輸出(以下稱之為“第一切割條件”)的條件下。上述形狀很難切割得很好。通常，為了切割一個銳角或類似的形狀，需要將切割條件改變到低速、低輸出條件(以下稱為“第二切割條件”)。而在該條件下，在不中斷激光照射的情況下，只能在該角度前后幾個毫米的范圍內切割得令人滿意。圖25示出這樣一種通常的切割方法，它表示通過一種改變切割條件的方法而采用的一條切割路徑，該方法已披露于日本公開特許公報No.昭63-63593一文中。如圖25所示，采用此通常的方法，首先在第一切割條件下切割工件，然后在切割路徑的A點改變到第二切割條件，同時維持激光照射，并在第二切割條件下切割一個角，然后再在切割路徑的B點變回到第一切割條件。圖26表示披露于日本公開特許公報No.平2-30388一文中的另一種通常的方法。其中，在從第二切割條件返回到第一切割條件的時間間隔，處于第二切割條件下的切割速度分別在時刻0、T1、T1+T2、T1+T2+T3以及T1+T2+T3+T4逐級改變，即按第一切割條件之10%、20%、40%、60%以及100%的切割速度改變。圖27示出另一種切割方法，它表示僅在角的一邊改變切割條件的一例，該方法披露于日本公開特許公報No.昭60-127775和No.平5-277773文中。在該方法中，利用第一切割條件切割至角頂處的T2，然后在T2與TP之間利用第二切割條件切割，最后再利用第一切割條件切割至T3。還有一種通常的方式，日本公開特許公報No.平3-106583一文揭示了一種角切割法，其中，在激光切割進行到拐角后，在一預定時間間隔內注入一種冷卻介質以冷卻該工件，然后繼續切割。然而，如圖21所示，當采用圖25所示的一種改變切割條件方法時，在改變切割條件的A點附近，將在一部分工件的切割表面上產生碎裂、凹槽或類似情況，導致切割產品的切割質量下降。產生這一問題的原因在于因切割期間切割條件的變化所造成的切割速度、切割激光輸出等等的突然改變，以及切割氣體流所產生的擾動(氣體按與激光束同軸的方向注入，其目的在于例如從工件上去除熔化的區域，并加速激光切割中的氧化燃燒反應)。而且，由于激光切割熱量集中在工件切割表面附近也是增加這類凹槽的一個因素。圖21是一個剖面圖，它表示切割期間在A點改變切割條件后的一種切割狀態。圖中，標號1表示激光束，標號3表示工件。通常，當切割期間條件改變時，將在條件發生改變的位置上產生碎裂。這是由于在激光束照射部位上實際切割位置的偏差(圖21中偏差為“m”)，導致在切割條件發生改變的位置上產生非正常燃燒的緣故。因此，可以預料，在發生偏差“m”前面一點(退回距離“1”)出現切割條件轉換位置的B點，無任何凹槽產生，如圖22所示。圖23表示當改變切割速度切割厚度為12毫米和19毫米的軟鋼材料時所產生的偏差“m”。如上所述，偏差“m”取決于材料的厚度和切割速度。表1(A)和1(B)分別表示上述材料的切割條件。表1(A)對于厚度為12毫米的切割條件< >表1(B)對于厚度為19毫米的切割條件 >產生碎裂的其它主要原因在于切割期間切割槽周圍熱分布的不均勻。當切割槽的環境溫度在改變切割條件時較高時，熱傳導較大，從而引起異常燃燒的可能性較大。圖24中，標號2表示切割槽，而標號1表示激光束。圖24所示的溫度分布產生在切割槽的周圍。在此條件下尤其溫度不低于約500℃時很可能發生切割缺陷。隨著工件變厚，環境溫度更高，冷卻所需時間越長。至于除軟鋼以外的其它材料，在切割條件變化部位上通常不會產生熔化缺陷。然而，對于軟鋼則很容易在切割條件改變部位上產生熔化缺陷。軟鋼材料的氧化反應由下列反應式(或它們的組合)表示Fe+ 1/2 O2→FeO+64.0千卡(1)2Fe+ 3/2 O2→Fe2O3+190.7千卡(2)3Fe+2O2→Fe3O4+266.9千卡(3)這樣，除了激光束能量以外，還會產生過量的熱量，由此發生熔化缺陷。然而，在非鐵金屬的情況下，無足夠的反應熱量產生，也就不會產生熔化缺陷。采用圖26所示的通常方式，用例如1米/分或更低的低速度切割相對較薄(例如6毫米或更薄)的工件時，可以得到較高的質量，但是，當工件變厚，切割速度變快時，很可能會在切割條件發生變化的部位上產生切割缺陷。此外，用圖27所示的通常方法可有效地防止角的熔化部分因切割偏差所引起的碎裂而一滴一滴地滴落，并且累積的熱量也因T2與TP之間采用的低速、低輸出的切割條件而降低。然而，如參照圖21所述，在切割條件變化部位TP處發生熔化區域的滴落，由此總體上降低了切割質量。因此，本專利技術的目的在于解決上述問題，提供一種激光切割方法，它能實際消除當切割條件發生變化時所產生的切割缺陷。本專利技術上述和其它的目的是通過這樣一種方法來實現的，它利用多種切割條件以激光束切割工件，其中包括這樣一些步驟在第一切割條件下，沿著一預定的路徑移動激光束來切割工件；當激光束沿著一條路徑到達由第一切割條件改變為第二切割條件的一個位置時，停止激光束在工件上的照射；沿著預定的路徑使激光束從所述第一切割條件變為第二切割條件的位置后退一個預定距離；以及繼續沿著預定的路徑移動激光束，在第二切割條件下切割工件。上述后退距離最好根據工件的厚度而設定。而且，當停止激光束照射時，在切割路徑的附近可以將輔助氣體噴射在工件上。附圖說明圖1是表示本專利技術實施例1的一種激光切割方法的簡圖；圖2是表示本專利技術實施例1中后退距離與切換部位(切割條件改變部位)粗糙度之間關系的曲線圖。圖3是表示本專利技術實施例1中進行圖形切割的一種激光切割方法的簡圖。圖4是表示本專利技術實施例2中，由切割槽前面算起之距離與該位置處溫度之間關系的曲線圖；圖5是表示本專利技術實施例2中，工件溫度與切割條件變化部位處不合格率之間關系的曲線圖；圖6是大致表示本專利技術實施例2中，液體或氣體是如何注入到切割部分以冷卻該切割部分的簡圖；圖7是表示本專利技術實施例2中，注入水流與不合格率之間關系的曲線圖；圖8是表示在本專利技術實施例2中，如何把輔助氣體注入到切割部分以冷卻該切割部分的簡圖；圖9是表示在本專利技術實施例2中，輔助氣體壓力與不合格率之間關系的曲線圖；圖10是示出本專利技術實施例3的簡圖，它表示采用一種通常的偏移方法來完成實施例1的操作；圖11(a)和11(b)分別表示實施例3的一例，其中，相對于激光束方向的右側和左側作出偏移；圖12(a)和12(b)表示在本專利技術實施例3的偏移方法中所采用的后退控制及其程序的操作；圖13是表示本專利技術實施例4所采用的一種激光切割方法的簡圖14是表示在本專利技術實施例4所述方法和通常方法中，轉角的切割時間與切割速度之間關系的曲線圖；圖15是表示本專利技術實施例4中的切割形狀的簡圖；圖16是有關本專利技術實施例4的一張曲線圖，它表示長度L1、L2與不合格率之間的關系，其中CW和PW用作圖15所示切割形狀的第一切割條件；圖17是有關本專利技術實施例4的一張曲線圖，它表示當條件改變時的后退距離與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用多個切割條件以激光束切割工件的方法，其特征在于包括以下步驟： 在第一切割條件下，沿著一預定的路徑移動激光束以切割工件； 當所述激光束沿著所述路徑到達一個第一切割條件改變為第二切割條件的位置時，停止所述激光束在所述工件上的照射； 沿著所述預定的路徑，使所述激光束從所述第一切割條件改變為第二切割條件的位置后退一個預定距離； 繼續沿著所述預定的路徑移動所述激光束，在所述第二切割條件下切割所述工件。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：金岡優，森譽，湯山崇之，竹野祥瑞，
申請(專利權)人：三菱電機株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]