能消除切割条件改变区内各种缺陷的激光切割方法技术

一种沿着锯齿形路径用激光束切割工件的方法，包括提供具有连续波输出的激光束作为切割条件，切割直至第一个转角的顶点；在所述第一个转角的顶点，将所述激光束改变为脉冲输出；从所述第一个转角的顶点，用具有脉冲输出的所述激光束切割所述工件至给定长度；将所述激光束改回连续波输出进行随后的切割。采用所述激光切割方法，当切割条件变化时可以有效地消除切割缺陷。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1995年2月24日提交的题为“”的第95100012.8号中国专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及利用激光束能量切割各种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条件改变而引起的损伤，并防止当进行激光切割时因切割条件改变而降低工件切割质量的一种激光切割方法。在用激光切割锐角或类似形状期间，切割条件通常发生改变，在用作普通直线切割的高速、高输出(以下称之为“第一切割条件”)的条件下。上述形状很难切割得很好。通常，为了切割一个锐角或类似的形状，需要将切割条件改变到低速、低输出条件(以下称为“第二切割条件”)。而在该条件下，在不中断激光照射的情况下，只能在该角度前后几个毫米的范围内切割得令人满意。图25示出这样一种通常的切割方法，它表示通过一种改变切割条件的方法而采用的一条切割路径，该方法已披露于日本公开特许公报No.昭63-63593一文中。如图25所示，采用此通常的方法，首先在第一切割条件下切割工件，然后在切割路径的A点改变到第二切割条件，同时维持激光照射，并在第二切割条件下切割一个角，然后再在切割路径的B点变回到第一切割条件。图26表示披露于日本公开特许公报No.平2-30388一文中的另一种通常的方法。其中，在从第二切割条件返回到第一切割条件的时间间隔，处于第二切割条件下的切割速度分别在时刻0、T1、T1+T2、T1+T2+T3以及T1+T2+T3+T4逐级改变，即按第一切割条件之10％、20％、40％、60％以及100％的切割速度改变。图27示出另一种切割方法，它表示仅在角的一边改变切割条件的一例，该方法披露于日本公开特许公报No.昭60-127775和No.平5-277773文中。在该方法中，利用第一切割条件切割至角顶处的T2，然后在T2与TP之间利用第二切割条件切割，最后再利用第一切割条件切割至T3。还有一种通常的方式，日本公开特许公报No.平3-106583一文揭示了一种角切割法，其中，在激光切割进行到拐角后，在一预定时间间隔内注入一种冷却介质以冷却该工件，然后继续切割。然而，如图21所示，当采用图25所示的一种改变切割条件方法时，在改变切割条件的A点附近，将在一部分工件的切割表面上产生碎裂、凹槽或类似情况，导致切割产品的切割质量下降。产生这一问题的原因在于因切割期间切割条件的变化所造成的切割速度、切割激光输出等等的突然改变，以及切割气体流所产生的扰动(气体按与激光束同轴的方向注入，其目的在于例如从工件上去除熔化的区域，并加速激光切割中的氧化燃烧反应)。而且，由于激光切割热量集中在工件切割表面附近也是增加这类凹槽的一个因素。图21是一个剖面图，它表示切割期间在A点改变切割条件后的一种切割状态。图中，标号1表示激光束，标号3表示工件。通常，当切割期间条件改变时，将在条件发生改变的位置上产生碎裂。这是由于在激光束照射部位上实际切割位置的偏差(图21中偏差为“m”)，导致在切割条件发生改变的位置上产生非正常燃烧的缘故。因此，可以预料，在发生偏差“m”前面一点(退回距离“l”)出现切割条件转换位置的B点，无任何凹槽产生，如图22所示。图23表示当改变切割速度切割厚度为12毫米和19毫米的软钢材料时所产生的偏差“m”。如上所述，偏差“m”取决于材料的厚度和切割速度。表1(A)和1(B)分别表示上述材料的切割条件。表1(A)对于厚度为12毫米的切割条件 表1(B)对于厚度为19毫米的切割条件 产生碎裂的其它主要原因在于切割期间切割槽周围热分布的不均匀。当切割槽的环境温度在改变切割条件时较高时，热传导较大，从而引起异常燃烧的可能性较大。图24中，标号2表示切割槽，而标号1表示激光束。图24所示的温度分布产生在切割槽的周围。在此条件下尤其温度不低于约500℃时很可能发生切割缺陷。随着工件变厚，环境温度更高，冷却所需时间越长。至于除软钢以外的其它材料，在切割条件变化部位上通常不会产生熔化缺陷。然而，对于软钢则很容易在切割条件改变部位上产生熔化缺陷。软钢材料的氧化反应由下列反应式(或它们的组合)表示千卡(1)千卡(2)千卡(3)这样，除了激光束能量以外，还会产生过量的热量，由此发生熔化缺陷。然而，在非铁金属的情况下，无足够的反应热量产生，也就不会产生熔化缺陷。采用图26所示的通常方式，用例如1米/分或更低的低速度切割相对较薄(例如6毫米或更薄)的工件时，可以得到较高的质量，但是，当工件变厚，切割速度变快时，很可能会在切割条件发生变化的部位上产生切割缺陷。此外，用图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，并且累积的热量也因T2与TP之间采用的低速、低输出的切割条件而降低。然而，如参照图21所述，在切割条件变化部位TP处发生熔化区域的滴落，由此总体上降低了切割质量。因此，本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种激光切割方法，它能实际消除当切割条件发生变化时所产生的切割缺陷。根据本专利技术的一个方面，一种沿着锯齿形路径用激光束切割工件的方法，其中沿所述锯齿形路径纵向相邻转角顶点之间的距离，以及沿垂直于所述纵向之方向上各个转角顶点之间的距离为40毫米，所述方法包括如下步骤提供具有连续波输出的激光束作为切割条件，切割直至第一个转角的顶点；在所述第一个转角的顶点，将所述激光束改变为脉冲输出；从所述第一个转角的顶点，用具有脉冲输出的所述激光束切割所述工件至给定长度；将所述激光束改回连续波输出进行随后的切割。采用所述激光切割方法，当切割条件变化时可以有效地消除切割缺陷。附图说明图1是表示本专利技术实施例1的一种激光切割方法的简图；图2是表示本专利技术实施例1中后退距离与切换部位(切割条件改变部位)粗糙度之间关系的曲线图。图3是表示本专利技术实施例1中进行图形切割的一种激光切割方法的简图。图4是表示本专利技术实施例2中，由切割槽前面算起之距离与该位置处温度之间关系的曲线图；图5是表示本专利技术实施例2中，工件温度与切割条件变化部位处不合格率之间关系的曲线图；图6是大致表示本专利技术实施例2中，液体或气体是如何注入到切割部分以冷却该切割部分的简图；图7是表示本专利技术实施例2中，注入水流与不合格率之间关系的曲线图；图8是表示在本专利技术实施例2中，如何把辅助气体注入到切割部分以冷却该切割部分的简图；图9是表示在本专利技术实施例2中，辅助气体压力与不合格率之间关系的曲线图；图10是示出本专利技术实施例3的简图，它表示采用一种通常的偏移方法来完成实施例1的操作；图11(a)和11(b)分别表示实施例3的一例，其中，相对于激光束方向的右侧和左侧作出偏移；图12(a)和12(b)表示在本专利技术实施例3的偏移方法中所采用的后退控制及其程序的操作；图13是表示本专利技术实施例4所采用的一种激光切割方法的简图；图14是表示在本专利技术实施例4所述方法和通常方法中，转角的切割时间与切割速度之间关系的曲线图；图15是表示本专利技术实施例4中的切割形状的简图；图16是有关本专利技术实施例4的一张曲线图，它表示长度L1、L2与不合格率之间的关系，其中CW和PW用作图15所示切割形状的第一切割条件；图17是有关本专利技术实施例4的一张曲线图，它表示当条件改变时的后退距离与条件改变部位表面粗糙度之间的关系；图18是表示本专利技术实施例5中，激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿着锯齿形路径用激光束切割工件的方法，其中沿所述锯齿形路径纵向相邻转角顶点之间的距离，以及沿垂直于所述纵向之方向上各个转角顶点之间的距离为４０毫米，其特征在于所述方法包括如下步骤： 提供具有连续波输出的激光束作为切割条件，切割直至第一个转角的顶点； 在所述第一个转角的顶点，将所述激光束改变为脉冲输出； 从所述第一个转角的顶点，用具有脉冲输出的所述激光束切割所述工件至给定长度； 将所述激光束改回连续波输出进行随后的切割。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金冈优，森誉，汤山崇之，竹野祥瑞，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]