[发明专利]利用激光束来切割材料的方法

说明书

本发明涉及利用激光束来切割材料的方法，该激光束从包括切割喷 嘴的切割头射出并且在切割锋上吸收，切割喷嘴具有内边缘，激光束的 轴线沿着切割线相对于加工件移动，上述切割线具有在所述加工件切割 方向上的固定取向。

用激光束切割加工件是人们已经接受的切割方法。其在工业应用中 在激光支持的加工方法中起到主要的作用。由使用者造成的一个需求是 方法增强的功效，同时质量需求也增加了。

在熔化切割中必须保证的包括激光束切割的基本要素是方法的功 效、切割边缘的质量、尽可能小的波纹幅度、没有粘附的渣滓形成以及 没有氧化。

同样地，大厚度片材的较短加工时间和高质量的切割是当今工业发 展的趋势。以往增加激光能力以及在加工过程中引入具有高质量驱动器 的系统。

用激光射线来切割金属的已知技术由包括切割能量输入的机构细分 为：

-具有活性切割气体射流的激光束切割，以及

-具有惰性切割气体射流的激光束切割。

在具有活性切割气体(例如，氧气，压缩空气)射流的激光束切割 中，激光束和发热的化学反应共同提供切割能量。适于具有活性切割气 体射流的激光束切割的技术进一步由关于激光束是否在切面中起到主要 作用(激光束活性气体切割)还是另外照射到片材上侧(稳定燃烧的激 光束火焰切割)的特征区分。

在具有惰性切割气体(例如，氮气)射流的激光束切割的情形中， 激光束提供切割能量。具有惰性切割气体射流的激光束切割进一步由用 于加速/喷射熔融物的不同机构区分。除了切割气体射流之外，熔化的 材料可蒸发并且蒸发作用可加速熔化。由于蒸发作用推进动作增加一升 高的前进速度。

-激光束熔化切割：

熔融物表面上的温度保持低于蒸发温度并且熔融物只由切割气体射 流喷射。上述方法的该变体在工业中应用于薄的、中度尺寸和厚的片材。 熔融物主要在激光束轴线前面的切割锋的顶点处流出。在太高或太低的 切割速度下观察到的粘附渣滓的形成有损质量。

-快速切割：

蒸发温度超过切割锋的下面部分，并且由于切割气体的喷射作用和 由于蒸发材料的喷射作用是相当的。熔融物主要在切割锋的前面部分在 邻近激光束轴线的右侧和左侧处流出。该变体可应用于薄的和中度尺寸 的片材中。在非常高的切割速度下观察到的须状物形成有损质量。

-高速切割：

蒸发温度几乎超过整个切割锋。由于蒸发的推进作用是主要的。熔 融物围绕激光束的轴线流动，并且包绕沿着激光束的部分切面，并且在 那由于切割气体的作用进行喷射。上述方法的该变体用于薄的片材。

有关用激光射线对金属进行切割的现有技术描述了用于对具有恒定 设定值的激光切割机参数的方法进行优化的标准。这种标准针对：

尽可能全部使用激光束能量(切割锋的照度)以及减少加热邻接切 面的材料导致的能量损失，以及

增加切割气体的功效以便尽可能完全喷射熔融物。

该文献描述激光束能量部分由材料吸收以及部分反射。吸收部分可 用于切割过程，并且分为有效能量以及各种能量损失。

从上述文献还可得知在狭窄轮廓中切割速度应该降低，原因是切割 机的加速度受到限制。为了避免由于过多激光能量导致的不希望的切面 扩大以及由于过低的切割速度导致的粘附渣滓或须状物的形成，可对激 光能量进行调制。

本发明的一个目的是通过上述类型的激光射线以这样的一种方式来 发展用于切割的方法，以致可获得较高的切割速度或者可切割较厚的片 材，并注意到切割边缘的质量、小的波纹幅度、不明显的须状物形成以 及没有氧化的切割边缘。

该目的由利用激光束的用于切割材料的方法实现，该激光束从包括 切割喷嘴的切割头射出并且在切割锋上吸收，切割喷嘴具有内边缘，激 光束的轴线沿着切割线相对于加工件移动，上述切割线具有在所述加工 件切割方向上的固定取向，上述方法的特征在于切割头的位置(p)可关 于其时间的平均值进行调制，或可对切割喷嘴中的激光能量和气体压力 进行调制。