一种电磁辅助预处理的激光切割设备制造技术

本发明专利技术属于激光切割相关技术领域，其公开了一种电磁辅助预处理的激光切割设备，激光切割设备包括输入输出装置、集成工控机、激光发生器、激光切割机床电动运动机构、激光切割头及电磁感应加热装置，输入输出装置、激光发生器、激光切割头、激光切割机床电动运动机构及电磁感应加热装置分别连接于集成工控机，激光切割头及电磁感应加热装置分别连接于激光切割机床电动运动机构；输入输出装置用于向集成工控机输入各项工艺参数，集成工控机用于根据接收到的工艺参数分别对应地控制激光发生器、激光切割机床电动运动机构、激光切割头及电磁感应加热装置。本发明专利技术提高了切割质量及效率，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁辅助预处理的激光切割设备
本专利技术属于激光切割相关
，更具体地，涉及一种电磁辅助预处理的激光切割设备。
技术介绍
目前在工业应用领域应用最广泛的激光切割设备的激光器功率普遍在几千瓦左右水平，且切割的金属材料主要集中在4.5mm以下的薄板以及几毫米到十几毫米的中厚板。近年来随着国内外万瓦级光纤激光器的迅猛发展，以及各行业应用中针对厚度25mm以上的金属厚板激光切割需求，采用万瓦以上的超高功率激光切割设备，对厚度25mm以上的金属厚板进行切割的方案在工业应用领域正在被逐步推广。对于金属厚板激光切割存在以下两个突出的难题：1、激光束不易穿透金属板材形成熔融金属在切缝内的排出通道，从而无法随着激光束相对板材的移动而形成切缝。2、对于厚板而言，由于在厚度方向上尺寸较大，切缝内熔融金属向下流动排出的路径较长。在熔融金属向下流动过程中与板材、辅助气体进行热交换从而温度逐步下降、黏度增加，熔融金属流动性变差而滞留在切缝内使得切面形成高低起伏的条纹形貌以及粘滞在切缝底部形成挂渣，甚至阻塞切缝使切割后的板材无法分离。对于厚板激光切割，工业上采用的方法为尽可能采用万瓦以上的超大功率激光器，但随之而来的问题是万瓦以上的超大功率激光器价格仍然十分昂贵，对于一些对激光高反的金属材料如铝合金而言，激光功率越高意味着损失的能量越多，在工业生产中形成巨大浪费。目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN103659004A公开了一种激光切割预处理装置、激光切割装置及激光切割方法，其采用激光作为辅助热源的方式对热塑性高聚物材料进行预热，使待切割位置的材料受热后处于固液混合相区，之后采用激光对固液混合相区进行切割。又如专利CN110293324A公开了一种电磁场辅助激光切割方法，其采用电磁线圈作为辅助装置，通过在激光切割过程中加入电磁场，对激光切割的熔融金属产生向下的外力——洛伦兹力，以加强熔融金属向下的流动过程，最终解决了激光切割厚板拐角处出现熔融金属向上发生“逆喷”现象，致使切割无法继续进行的问题。然而，专利CN103659004A采用激光作为辅助热源对材料的待切割位置进行预热，提出了两项实例。实例1为采用两套激光设备，一套用来对待切割材料进行预热，另一套用来对材料进行激光切割。由于激光器作为激光切割设备的核心部件，其价格占据整套切割设备的最主要部分，因此采用两套激光切割设备必然会提高投入成本，且操作过程繁琐，不利于工业应用上的推广。实例2为采用一台激光器，采用分光装置将激光束一分为二，一束用以对材料进行预热，另一束用以对材料进行切割。此方案由于需要分光，因此需要的激光器必须为功率足够大，直接提高了设备成本，且分光装置为承受高功率密度激光束的精密光学器件，价格同样昂贵。另外，由于某些对激光高反的金属材料如铝合金等，在激光照射过程中会反射损失大量激光能量，这类材料虽然对激光的吸收率随着自身温度提高会有适当提高，在预热后会对切割激光的吸收有一定改善，但是在预热时将会对预热激光产生高反作用，大量损失预热激光能量而预热效果不佳。专利CN110293324A采用电磁线圈作为辅助装置，通过引入电磁场对切割熔融金属产生向下的外力——洛伦兹力，提高了熔融金属的流动性，加强了熔融金属在切缝中的流动排出效果，从而解决了在切割路径拐角处产生“逆喷”现象。该方案虽然通过外加辅助手段对切割过程中熔融金属的流动过程进行了一定的改善，但是对于切割起点位置，材料待切割位置需要摄入足够的能量，其达到熔化穿透效果方可形成熔融金属流动排出通道，采用电磁线圈对熔融金属施加洛伦兹力的方案显然无法解决这一问题。另外，该专利方案的应用范围仅仅适用于解决切割路径中拐角处出现“逆喷”的现象，对于整个激光切割过程并无法产生完全的辅助改善作用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电磁辅助预处理的激光切割设备，所述激光切割设备采用电磁感应线圈对金属厚板预加热后进行激光切割，解决了对金属厚板进行激光切割时，激光束不易穿透板材形成熔融金属排出通道、熔融金属在切缝内流动排出不畅而形成切割挂渣及阻碍排出通道的难题，且提高了切割效率及质量，降低了成本。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电磁辅助预处理的激光切割设备，所述激光切割设备包括输入输出装置、集成工控机、激光发生器、激光切割机床电动运动机构、激光切割头及电磁感应加热装置，所述输入输出装置、所述激光发生器、所述激光切割头、所述激光切割机床电动运动机构及所述电磁感应加热装置分别连接于所述集成工控机，所述激光切割头及所述电磁感应加热装置分别连接于所述激光切割机床电动运动机构；所述输入输出装置用于向所述集成工控机输入各项工艺参数，所述集成工控机用于根据接收到的工艺参数分别对应地控制所述激光发生器、所述激光切割机床电动运动机构、所述激光切割头及所述电磁感应加热装置；工作时，所述电磁感应加热装置在前，所述激光切割头在后，所述电磁感应加热装置用于对材料待切割位置进行感应预热，所述激光发生器发出的激光束与切割气体自所述激光切割头同轴输出以对材料待切割位置进行切割。进一步地，所述激光切割设备包括水冷系统，所述水冷系统分别连接所述激光发生器及所述激光切割头。进一步地，所述激光切割设备包括空气压缩机及切割气体发生装置，所述空气压缩机及所述切割气体发生装置分别连接于所述激光切割头。进一步地，所述电磁感应加热装置包括电磁感应线圈夹持机构及电磁感应线圈，所述电磁感应线圈夹持机构连接于所述激光切割机床电动运动机构，所述电磁感应线圈设置在所述电磁感应线圈夹持机构上。进一步地，各项工艺参数包括所述激光发生器的输出功率、所述激光切割机床电动运动机构的运动路径及运动速度、所述激光切割头的参数及所述电磁感应线圈的参数。进一步地，所述激光切割机床电动运动机构用于根据所述集成工控机通信过来的信号带动所述激光切割头及所述电磁感应加热装置按照预设速度V完成预设运动轨迹。进一步地，所述切割气体为活性气体、非活性气体或者惰性气体。进一步地，所述集成工控机通过所述激光切割机床电动运动机构实时调整所述激光切割头的喷嘴末端与待切割材料表面之间的距离为预设值。进一步地，所述激光切割设备的工作模式包括起点预热方式、随动加热方式、起点预热+随动加热方式、起点预热+变速切割方式、随动加热+变速切割方式、以及起点预热+随动加热+变速切割方式。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的电磁辅助预处理的激光切割设备主要具有以下有益效果：1.采用电磁感应线圈对待切割金属厚板进行预热的方式，集成了电磁感应线圈与激光束，通过二者协同作用于待切割工件，使切割起点位置更易于在激光作用下穿透形成熔融金属流动排出通道，且在激光切割过程中通过预热使得待切割金属基板温度升高，切面与熔融金属件的粘滞力减小，更利于熔融金属从切缝流动排出，形成成型良好的切面，提高了切割质量与效率。2.在采用电磁辅助预热装置对切割材料输入足够的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁辅助预处理的激光切割设备，其特征在于：/n所述激光切割设备包括输入输出装置、集成工控机、激光发生器、激光切割机床电动运动机构、激光切割头及电磁感应加热装置，所述输入输出装置、所述激光发生器、所述激光切割头、所述激光切割机床电动运动机构及所述电磁感应加热装置分别连接于所述集成工控机，所述激光切割头及所述电磁感应加热装置分别连接于所述激光切割机床电动运动机构；/n所述输入输出装置用于向所述集成工控机输入各项工艺参数，所述集成工控机用于根据接收到的工艺参数分别对应地控制所述激光发生器、所述激光切割机床电动运动机构、所述激光切割头及所述电磁感应加热装置；/n工作时，所述电磁感应加热装置在前，所述激光切割头在后，所述电磁感应加热装置用于对材料待切割位置进行感应预热，所述激光发生器发出的激光束与切割气体自所述激光切割头同轴输出以对材料待切割位置进行切割。/n

【技术特征摘要】
1.一种电磁辅助预处理的激光切割设备，其特征在于：
所述激光切割设备包括输入输出装置、集成工控机、激光发生器、激光切割机床电动运动机构、激光切割头及电磁感应加热装置，所述输入输出装置、所述激光发生器、所述激光切割头、所述激光切割机床电动运动机构及所述电磁感应加热装置分别连接于所述集成工控机，所述激光切割头及所述电磁感应加热装置分别连接于所述激光切割机床电动运动机构；
所述输入输出装置用于向所述集成工控机输入各项工艺参数，所述集成工控机用于根据接收到的工艺参数分别对应地控制所述激光发生器、所述激光切割机床电动运动机构、所述激光切割头及所述电磁感应加热装置；
工作时，所述电磁感应加热装置在前，所述激光切割头在后，所述电磁感应加热装置用于对材料待切割位置进行感应预热，所述激光发生器发出的激光束与切割气体自所述激光切割头同轴输出以对材料待切割位置进行切割。


2.如权利要求1所述的电磁辅助预处理的激光切割设备，其特征在于：所述激光切割设备包括水冷系统，所述水冷系统分别连接所述激光发生器及所述激光切割头。


3.如权利要求1所述的电磁辅助预处理的激光切割设备，其特征在于：所述激光切割设备包括空气压缩机及切割气体发生装置，所述空气压缩机及所述切割气体发生装置分别连接于所述激光切割头。


4.如权利要求1所述的电磁辅助预处理的激光切割设备，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春明，胡崇镜，米高阳，张熊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42