一种激光切割汽封刷方法技术

本发明专利技术公开了一种水射流激光切割汽封刷方法，应用于切割汽封刷这种多层密排金属丝状工件，该切割方法包括以下具体步骤：(1)汽封刷固定；(2)水射流辅助装置连接；(3)水泵定位；(4)焦点调试；(5)切割角度调整；(6)同轴水射流切割；(7)切后断口清理。本发明专利技术通过利用水射流提供剪切力代替辅助气体，利用了水良好的冷却作用和大的冲击力，避免了激光切割多层密排丝状物时产生粘连、挂渣等问题，同时利用液体作为辅助介质，提高了排渣排屑能力，可以达到良好的切割效果。

A Method of Laser Cutting Vapor Seal Brush

The invention discloses a water jet laser cutting steam seal brush method, which is applied to cutting the multi-layer close-row metal filamentary workpiece of steam seal brush. The cutting method includes the following specific steps: (1) fixing the steam seal brush; (2) connecting the water jet assistant device; (3) positioning the pump; (4) adjusting the focus; (5) adjusting the cutting angle; (6) coaxial water jet cutting; (7) cleaning the fracture after cutting. By using water jet to provide shear force instead of auxiliary gas, the invention utilizes good cooling effect of water and large impact force, avoids the problems of adhesion and slag hanging when laser cutting multi-layer dense filaments, and improves the ability of slag discharging and chip discharging by using liquid as auxiliary medium, and achieves good cutting effect.

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割汽封刷方法
本专利技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光切割汽封刷方法。
技术介绍
汽封刷是刷式密封技术的关键部件，是由紧密排列的刷丝一层层重叠构成，厚度一般为1-2mm，单根刷丝直径为0.05-0.1mm，根据应用条件不同，可选用钴基合金、镍基合金和不锈钢等材质。目前，刷丝切割采用的主要方法是电火花线切割法，利用该方法进行切割时，存在以下缺陷：(1)需要采用特殊夹具对刷丝的自由端进行固定，增加了装卡的工序；(2)加工速度极慢，成为汽封刷制造的“瓶颈”，严重制约了刷式密封技术的推广应用。在激光技术不断发展的进程中，激光的应用分为也越来越广阔，激光切割占激光加工中的大部分内容。在现代工业中，激光加工更是在车辆、航空、电子等方面以其优势被大范围应用。但由于激光切割属于依靠激光的热效应使材料熔化或者汽化，并以辅助气体吹走的方式形成切缝的过程，所以在切割汽封刷时会有以下问题：1、汽封刷切缝住的热影响区范围较大，而辅助气体的作用范围有限，刷丝断口出会出现过度烧蚀的情况；2、刷丝为多层密排结构，在激光融化后的冷却过程中极易重新粘连，影响汽封刷的密闭性；3、切割后熔断的刷丝重新粘连在断口处，影响断口形貌。
技术实现思路
本专利技术目的在于以激光切割的方式替代电火花切割汽封刷的方式，提供一种激光切割汽封刷的方法，通过使用同轴水射流辅助激光切割汽封刷这种类型的多层密排金属丝结构工件，以提高加工效率和切割质量。为了解决以上技术问题，提供技术方案是：(1)汽封刷固定：Haynes25合金汽封刷水平固定在夹具上，刷丝方向与水平面平行，夹具放置于容器底部，容器内装有纯水，汽封刷高于液面20mm以上；(2)水射流辅助装置连接：以螺栓将辅助装置固定在激光切割头上，冷却液口与保护气口连接相关管道；(3)水泵定位：水泵固定于容器侧壁，入水口深入容器内液体中，出水口与水射流辅助装置入水口相连且密封；(4)焦点调试：打开激光器导引光，打开水泵，观察水射流方向与激光焦点位置情况，确保激光焦点位于射流水柱中心，且距离喷嘴出口20mm位置；(5)切割角度调整：调整切割头位置，使光、液耦合柱垂直冲击在汽封刷上表面，喷嘴距汽封刷上表面20mm；(6)同轴水射流切割：设置激光电源参数：激光功率700W，扫描速度：12mm/s，并设置水射流速度10.88mm/s。设置引入板和引出板引入激光和到处激光光束，完成水射流激光切割汽封刷；(7)切后断口清理：取下切好后的汽封刷，清理断口上的断丝和残渣。本专利技术与现有技术相比具有显著优点如下：1.本专利技术利用激光切割代替线切割，极大提高了汽封刷的加工效率和尺寸精度，切割速度从线切割的50mm/min提高到720mm/min。2.本专利技术利用同轴水射流辅助，利用了液体的冷却作用，降低了激光切割作为熔化切割的一种，激光对于切缝处金属的热影响，减小了热影响区的范围，提高了激光加工口断口的质量。3.本专利技术以液体代替气体提供剪切力，不仅可以防止熔融的金属液滴重新凝固在断口处，还可以防止融化后的刷丝之间相互粘连，并提高排渣排屑的能力，达到良好的加工效果。附图说明图1是本专利技术实施例激光切割方法的使用的同轴水射流装置的结构示意图。图2是本专利技术实施例激光切割方法使用的容器结构示意图。图3是本专利技术实施例1激光切割汽封刷切口形貌图。图4是本专利技术实施例2激光切割汽封刷切口形貌图。图5是本专利技术实施例3激光切割汽封刷切口形貌图。具体实施方式下面参考附图对本专利技术的实施例进行描述。结合图1、图2和图3所示本专利技术所使用的装置如下：固定在工作台16上的容器17是一个上表面为开口的长方形容器，容器内底部装有夹具15，容器17侧面内壁装有水泵8，容器内装有液体为水或水溶液，溶液液面不高于夹具15的两块方形夹板12，不低于水泵8的进水口10。在固定被加工材料时，只需要从容器17的上表面放入材料，并用夹具15的两块方形夹板12夹住，通过旋转螺母14夹紧材料即可。该装置包括高透光保护镜1，冷却水入口8，与激光头连接的螺栓18，保护气入口6，高透光密闭镜19，进水口2和进水口7，水腔3，喷嘴4。在本专利技术实施例中，该装置通过螺栓18与原激光头连接，通过冷却水入口8和保护气入口6注入冷却水和保护气体，将水泵出水口9与进水口2、7相连接。打开水泵8，水流从容器17中通过水泵的入水口10进入，经水泵给予固定速度，从水泵出水口9，经装置入水口7进入水腔3中，此时由该装置上方经由保护镜1，高透光密闭镜19的激光束与水射流同轴从喷嘴4中射出。考虑到光斑与水射流的耦合问题，喷嘴4的尺寸略大于激光光斑直径，保证了激光切割时能提供足够的能量密度，激光与高速水射流同时划过工件，熔融的金属液体被高速水射流冲走，形成切缝。实施例1：同轴水射流辅助激光切射流切割1mm厚Haynes25钴基合金汽封刷。(1)汽封刷固定：Haynes25合金汽封刷水平固定在夹具上，刷丝方向与水平面平行，夹具放置于容器底部，容器内装有一定量纯水，汽封刷高于液面20mm以上；容器为上表面开口的大型透明长方体水箱，透明是为了观察，上部开头是便于切割头在合适的距离内移动进行切割。用纯水作为辅助液体，一是波长为1070nm的光纤激光器在水中的吸收率较低，防止激光能量在水中大量散耗，提高了能量使用效率；二是利用了水良好的冷却作用，在汽封刷吸收激光能量熔化后，高速的水射流冲刷切缝，迅速带离熔融的金属液滴，并使熔断后的刷丝快速冷却，防止刷丝间相互粘连。且高温刷丝与水相互作用，产生等离子体，等离子体对切缝处有法向作用力，为熔渣的排出提供帮助。(2)水射流辅助装置连接：以螺栓将辅助装置固定在激光切割头上，冷却液口与保护气口连接相关管道；由于该切割头射出激光的焦点位置在切割头正下方130mm处，该装置长度为110mm，经过流体力学和光学的计算，该装置的喷嘴距汽封刷上表面为20mm时，光、液耦合效果最佳，且水射流状态最为稳定。为保证激光光路能完整射出喷嘴的同时，水射流水柱状态稳定，喷嘴出口直径为2mm。(3)水泵定位：水泵固定于容器侧壁，入水口深入容器内液体中，出水口与水射流辅助装置入水口相连且密封；水流通过水泵入水口进入水泵，由水泵给予初速度从出水口、水管、水射流装置的入水口进入水腔，再由喷嘴喷出口重新由水泵入水口进入，此过程中辅助水体仅在容器内部循环，受热作用有少量消耗，但不会增加以致水面没过待切割汽封刷。(4)焦点调试：打开激光器导引光，打开水泵，观察水射流方向与激光焦点位置情况，确保激光焦点位于射流水柱中心，且距离喷嘴出口20mm位置；通过光学和流体力学的计算，水在距离喷嘴出口20mm以上距离后，水射流速度开始明显降低，且水柱散射出现散流，影响切割质量；若喷嘴距离汽封刷太近，切割时产生的熔渣易飞溅到喷嘴处，对激光光路的稳定性产生影响。(5)切割角度调整：调整切割头位置，使光、液耦合柱垂直冲击在汽封刷上表面，喷嘴距汽封刷上表面20mm；水柱、激光光路与汽封刷表面的夹角会显著影响切割质量。当水柱与汽封刷刷丝发射方向呈锐角时，虽然汽封刷断口截面的上表面切割质量良好，但下表面会明显挂渣，是因为倾斜的水柱对切缝下表面的作用力显著减少；当为钝角时，虽然切缝无挂渣，但是水射流在水平面方向的分量会阻碍熔滴的排出，致使刷丝间粘连。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光水射流切割汽封刷方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)汽封刷固定：Haynes25合金汽封刷水平固定在夹具上，刷丝方向与水平面平行，夹具放置于容器底部，容器内装有纯水，汽封刷高于液面20mm以上；(2)水射流辅助装置连接：将辅助装置固定在激光切割头上，冷却液口与保护气口连接相关管道；(3)水泵定位：水泵固定于容器侧壁，入水口深入容器内液体中，出水口与水射流辅助装置入水口相连且密封；(4)焦点调试：打开激光器导引光，打开水泵，观察水射流方向与激光焦点位置情况，确保激光焦点位于射流水柱中心，且距离喷嘴出口20mm位置；(5)切割角度调整：调整切割头位置，使光、液耦合柱垂直冲击在汽封刷上表面，喷嘴距汽封刷上表面20mm；(6)同轴水射流切割：设置激光电源参数：激光功率700W，扫描速度：12mm/s，并设置水射流速度10.88mm/s，设置引入板和引出板引入激光和到处激光光束，完成水射流激光切割汽封刷；(7)切后断口清理：取下切好后的汽封刷，清理断口上的断丝和残渣。

【技术特征摘要】
1.一种激光水射流切割汽封刷方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)汽封刷固定：Haynes25合金汽封刷水平固定在夹具上，刷丝方向与水平面平行，夹具放置于容器底部，容器内装有纯水，汽封刷高于液面20mm以上；(2)水射流辅助装置连接：将辅助装置固定在激光切割头上，冷却液口与保护气口连接相关管道；(3)水泵定位：水泵固定于容器侧壁，入水口深入容器内液体中，出水口与水射流辅助装置入水口相连且密封；(4)焦点调试：打开激光器导引光，打开水泵，观察水射流方向与激光焦点位置情况，确保激光焦点位于射流水柱中心，且距离喷嘴出口20mm位置；(5)切割角度调整：调整切割头位置，使光、液耦合柱垂直冲击在汽封刷上表面，喷嘴距汽封刷上表面20mm；(6)同轴水射流切割：设置激光电源参数：激光功率700W，扫描速度：12mm/s，并设置水射流速度10.88mm/s，设置引入板和引出板引入激光和到处激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨森，秦旭，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32