借助激光束刺入金属工件中的方法技术

一种用于借助激光束(5)和过程气体(7)刺入金属工件(6)中的方法，具有下列步骤：a)用惰性气体、尤其氮气作为过程气体，通过用所述激光束(5)刺入到所述工件(6)中，在该工件(6)中构成不穿透的刺入孔(11)；b)借助在所述工件(6)上调整到比在步骤a)中更大的射束直径的激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)，将所述刺入孔(11)的上部分扩宽成在工件上侧面(12)上尤其同心地围绕所述刺入孔(11)的坑(14)；和c)借助所述激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)刺穿所述刺入孔(11)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助激光束刺入金属工件中的方法
本专利技术涉及一种用于借助激光束和过程气体刺入金属工件中的方法。
技术介绍
在激光切割时，在刺入到厚的工件中时，在刺入孔的周围产生由熔化并且再凝固的金属或者金属氧化物构成的料堆，料堆的尺寸随着板厚度增加而明显增大。围绕刺入孔周围的附着物主要在要切割内部几何形状和构件小的情况下产生干扰，在小构件中切割轮廓必然很靠近刺入位置地沿着刺入位置延伸。此外，激光加工头的距离传感器将料堆识别为干扰轮廓并且调节激光加工头的运动使其从工件离开，这导致过程技术问题。为避免这种问题必要的是，减少或者避免工件上的附着料堆。由JP05057469A已知一种刺入方法，在该方法的第一方法步骤中，在加工头上的过程气体喷嘴和工件表面之间具有大距离的情况下在工件表面中产生宽的、平坦的坑。接着，在喷嘴和工件表面之间具有小距离的情况下以较小的激光功率和较小的过程气体压力产生穿过工件延伸的刺入孔。由DE102012014323A1已知，在刺入时在第一方法步骤中，在过程气体喷嘴和工件表面之间具有大距离的情况下在工件上半部产生柱形的、宽的孔洞。接着在第二方法步骤中，将激光束聚焦到该宽的孔洞的底面上，以产生刺穿孔。在该第二方法步骤中，过程气体仅对准到该宽的孔洞中，而不对准该孔洞的周围。
技术实现思路
本专利技术面临的任务是，如下改善由JP05057469A已知刺入方法，使得在刺入工件中时能够实现更快的刺入和更小的热量输入。在刺入时的减小的热量输入对于刺入位置周围的正确轮廓切割特别有利。根据本专利技术，该任务通过一种用于借助激光束和过程气体刺入到金属工件中的方法解决，该方法具有下列步骤：用于借助激光束(5)和过程气体(7)刺入金属工件(6)中的方法，具有下列步骤：a)用惰性气体、尤其氮气作为过程气体，通过用所述激光束刺入到所述工件中，在该工件中构成不穿透的刺入孔；b)借助在所述工件上调整到比在步骤a)中更大的射束直径的激光束并且用氧气作为过程气体，将所述刺入孔的上部分扩宽成在工件上侧面上尤其同心地围绕所述刺入孔的坑；和c)借助所述激光束并且用氧气作为过程气体刺穿所述刺入孔。在根据本专利技术的方法中，在两个步骤a)和b)中都在工件上侧面上进行漏斗形的部分刺入(刺入漏斗)的形成，该刺入漏斗使熔化物的除去变得容易。在步骤c)中接着进行直到板下侧面的刺穿，其中，激光束由于之前形成的刺入漏斗而特别好地在材料的深处起作用，这导致快速的过程进展。在根据本专利技术的刺入方法的第一方法步骤a)中，用脉冲的或者连续的激光束并且用惰性气体、优选用氮气刺入到工件中，形成没有刺穿整个工件厚度的刺入孔。有利地，刺入孔只延伸至工件的上半部。通过使用惰性气体作为过程气体，不发生工件材料的不可控烧损。此外，输入到工件中的能量保持较小，这在后面切割轮廓时对加工精确度起积极作用。在刺入时熔化的工件材料堆积在刺入孔的周围，形成料堆。在根据本专利技术的刺入方法的随后的第二方法步骤b)中，使刺入孔的上部通过这样方式扩宽：用激光束在工件上比在步骤a)中更大的射束直径并且用氧气作为过程气体，用脉冲的或者连续的激光束在工件上侧面中，优选相对于刺入孔同心地，产生一个坑。在该第二方法步骤b)中，来自第一步骤a)的料堆与来自工件表面的其它材料一起被氧气氧化，在此形成的氧化熔渣被过程气体流吹走。形成一个浅的坑，在第一步骤a)中产生的刺入孔从该坑的底面出发继续向工件内部延伸。即该坑仅向工件中延伸达到刺入孔的一小部分。以此方式总体在工件上侧中形成漏斗形的孔洞。刺入漏斗的根据本专利技术的两级构造具有的优点是，在工件上侧面上围绕刺入漏斗周围不再有附着的工件材料并且仅向工件中进行极少的热量输入。形成具有清晰限界的边缘和干净的四周的刺入漏斗。优选激光束的焦点第一步骤a)中位于工件表面的上方，使得形成相对较宽的刺入孔作为之后的刺入漏斗“杆部”。尤其优选激光束的焦点第二步骤b)中布置在工件表面上方更远处，附加地，激光束在焦点中的直径，即焦点直径，比在第一步骤a)中大。通过这样的方式使激光束在工件表面上的功率密度减小并且在工件上的照射直径变大，使得在照射工件时在工件表面形成大直径的、浅的坑。激光焦点在垂直方向上的移动可以例如通过加工头中的聚焦光具的一个或者多个透镜的移动或者通过自由射束光具中的适配镜来进行。在激光束用光纤导向的情况下，焦点直径的扩大可以例如通过激光器和加工头之间的双层光纤中的光纤芯和光纤壳之间的转换实现，如同在文献DE102010003750A1说明的那样。优选至少补充地还改变加工头到工件表面的距离，即过程气体喷嘴和工件表面之间的距离。在第一方法步骤a)中应该已设定过程气体喷嘴和工件表面之间的相对较大距离(例如约为20mm)，使得能够避免由于熔化的金属引起的过程气体喷嘴污染。在第二方法步骤b)中，优选过程气体喷嘴和工件表明之间的距离还进一步增大(例如到约80mm)，使得工件表面上的照射面扩大。刺入孔直到工件下侧面的刺穿在第三方法步骤c)中进行，在该第三方法步骤中，激光束居中地定位在刺入孔上方，用氧气作为过程气体并且用脉冲的或者连续的激光束从刺入漏斗的底部出发刺穿工件，其中，激光束的焦点可以穿过漏斗形的预刺入部比漏斗底部更深地位于工件中。这对在刺穿时的有效率能量输入具有决定性优势，因为激光束能够在没有遮蔽的情况下深入聚焦到材料中。还表明，刺入孔的在方法步骤a)和b)中产生的漏斗形轮廓特别好地能够将在继续刺入(刺穿)时产生的熔渣远离刺入孔地输送出去。通过这种方式，熔化物在它再次碰到工件表面之前冷却，而不附着在工件表面上。根据本专利技术的方法不但能够应用到固体激光器切割机上，也能够应用在具有CO2激光器的激光切割机上，尤其在刺入到由结构钢构成的板状工件时是有利的。优选过程气体喷嘴和工件表面之间距离在刺穿时比在两个方法步骤a)和b)中都小(例如约为5mm)，使得过程气体能够良好地耦入到刺入孔中。刺穿可以或者不受调节地以连续升高的激光功率进行，或者在借助已知的刺入传感器装置调节的情况下进行。在第二方法步骤b)中产生的坑的底部上的、在第一方法步骤a)中产生的刺入孔在第三方法步骤c)中用作激光束的光通道。以这种方式激光束更好地到达工件中，并且达到激光束的更好的深度作用。因此，刺穿孔有明显较小的直径，并且与在迄今通常的刺入方法中相比较向工件中进行更少的热量输入。用这种方式形成少的、可堆积在工件上的熔渣，并且使得能够实现在刺入位置周围的正确轮廓切割。所述三个方法步骤a)至c)可以不连续地相续实施。在此，在结束第一方法步骤a)后，将激光束关闭并且将加工头垂直向上离开工件地移动。此时或者此后，将过程气体从氮气切换到氧气。接着将激光束点着并且实施第二方法步骤b)。加工头在第二和第三方法步骤之间的定位运动也在激光束关闭的情况下进行。替换地，这三个方法步骤a)至c)可以连续地相续实施，其中，激光束保持接通。工件表面上的射束直径变化例如通过加工头垂直于工件表面的移动来进行。第一和第二方法步骤a)、b)之间的气体变换在加工头移动的情况下实施。在刺穿工件后，可以在可选的第四方法步骤d)中在开始真正的切割过程之前将刺入孔扩大。这是必要的，如果在切割工件时的激光束焦点直径比在刺入时大。于是在切割时产生宽的切缝，其中形成大量熔化物。如果刺本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于借助激光束(5)和过程气体(7)刺入金属工件(6)中的方法，具有下列步骤：a)用惰性气体、尤其氮气作为过程气体(7)，通过用所述激光束(5)刺入到所述工件(6)中，在该工件(6)中构成不穿透的刺入孔(11)；b)借助在所述工件(6)上调整到比在步骤a)中更大的射束直径的激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)，将所述刺入孔(11)的上部分扩宽成在工件上侧面(12)上尤其同心地围绕所述刺入孔(11)的坑(14)；和c)借助所述激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)刺穿所述刺入孔(11)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.11 DE 102013210857.51.用于借助激光束(5)和过程气体(7)刺入金属工件(6)中的方法，具有下列步骤：a)用惰性气体作为过程气体(7)，通过用所述激光束(5)刺入到所述工件(6)中，在该工件(6)中构成不穿透的刺入孔(11)；b)借助在所述工件(6)上调整到比在步骤a)中更大的射束直径的激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)，将所述刺入孔(11)的上部分扩宽成在工件上侧面(12)上围绕所述刺入孔(11)的坑(14)；和c)借助所述激光束(5)并且用氧气作为过程气体(7)刺穿所述刺入孔(11)。2.根据权利要求1的方法，其特征为，在步骤a)中，所述激光束(5)的焦点位于所述工件上侧面(12)的上方。3.根据权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤b)中，所述激光束(5)的焦点比步骤a)中布置在所述工件上侧面(12)上方更远处。4.根据权利要求1或2的方法，其特征为，在步骤c)中，焦点布置在所述工件上侧面(12)的下方。5.根据权利要求3的方法，其特征为，在步骤b)中，所述激光束(5)的焦点直径比在步骤a)中大。6.根据权利要求1或2的方法，其特征为，射出所述过程气体(7)的过程气体喷嘴(10)到所述工件上侧面(12)在步骤b)中的距离(d2)比在步骤a)中的距离(d1)大。7.根据权利要求1或2的方法，其特征为，射出所述过程气体(7)的过程气体喷嘴(10)到所述工件上侧面(12)在步骤c)中的距离(d3)比在步骤a)和/或步骤b)中的距离(d1、d2)小。8.根据权利要求6的方法，其特征为，射出所述过程气体(7)的过程气体喷嘴(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·赖希勒，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE