用于去除在借助激光束形成通孔時(shí)在工件表面上堆積的料堆的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助激光束和從過程氣體噴嘴中射出的過程氣體、尤其氧氣或氮?dú)庠诮饘俟ぜ行纬赏椎姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]在激光切割時(shí)，在激光束刺入到金屬工件中時(shí)，在刺入孔的周圍產(chǎn)生由熔化并且再凝固的金屬或者金屬氧化物構(gòu)成的料堆，料堆的尺寸隨著板厚度增加而明顯增大。圍繞刺入孔周圍的附著物主要在要切割內(nèi)部幾何形狀和構(gòu)件小的情況下產(chǎn)生干擾，在小構(gòu)件中切割輪廓必然很靠近刺入位置地沿著刺入位置延伸。此外，激光加工頭的距離傳感器將料堆識(shí)別為干擾輪廓并且調(diào)節(jié)激光加工頭的運(yùn)動(dòng)使其從工件離開，這導(dǎo)致過程技術(shù)問題。為避免這種問題必要的是，減少或者避免工件上的附著料堆。
[0003]由JP11090670A已知一種刺入方法，在該方法中，在刺入過程結(jié)束后，通過用噴嘴圓形環(huán)繞料堆走過和用高壓氣體射流吹走來去除附著的金屬熔渣。
[0004]由JP2009190064A已知一種刺入方法，在該方法中，在第一方法步驟中用氧氣作為過程氣體刺入，使得在工件表面上形成金屬氧化物料堆，這種金屬氧化物料堆的附著沒有熔化的金屬那么強(qiáng)。在第二方法步驟中用氮?dú)庾鳛檫^程氣體實(shí)施穿刺，其中，熔化的金屬堆積在所述金屬氧化物上。通過用氣體沖擊吹去或者通過用噴嘴在料堆上走過，即通過刮擦運(yùn)動(dòng)，在刺入過程后將料堆從工件表面去除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明面臨的任務(wù)是，給出一種用于刺入到具有大于10mm的工件厚度的金屬工件、尤其板形工件中的替換方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種用于借助激光束和從過程氣體噴嘴射出的過程氣體、尤其氧氣或氮?dú)庠诮饘俟ぜ行纬赏椎姆椒ń鉀Q，具有下列步驟:
[0007]a)通過所述激光束帶有所述過程氣體地刺入到所述工件中，在該工件中構(gòu)成不穿透的刺入孔；
[0008]b)在所述激光束關(guān)閉的情況下，通過所述過程氣體噴嘴在所述刺入孔旁邊經(jīng)過和/或越過所述刺入孔的運(yùn)動(dòng)，借助過程氣體和/或惰性氣體，將在步驟a)中在所述工件表面上圍繞所述刺入孔周圍堆積的料堆去除，所述過程氣體和/或惰性氣體的氣壓比在步驟a)中高；和
[0009]c)用所述激光束并用所述過程氣體將所述刺入孔刺穿。
[0010]S卩，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，對(duì)工件表面的清潔在刺穿圓滿完成之前進(jìn)行，而不是在刺穿操作結(jié)束之后才進(jìn)行。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，在刺穿時(shí)能夠使噴嘴到工件表面的距離減小，使得激光束的焦點(diǎn)能夠更深地處于工件中。此外，過程氣體向刺入孔中的耦入在噴嘴到工件的距離更小的情況下被改善，使得刺入更快地進(jìn)行。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的刺入方法的第一方法步驟a)中，用脈沖的或者連續(xù)的激光束并且用過程氣體向工件中進(jìn)行不完全穿透工件的刺入，該刺入例如應(yīng)最大達(dá)到工件厚度的一半。過程氣體噴嘴和工件表面之間的距離在此比在接下來的切割過程中選擇得大，以避免過程氣體噴嘴的污染。在氧氣作為過程氣體的情況下，通過熔化的工件材料與氧氣的反應(yīng)形成相對(duì)容易從工件脫離的、圍繞刺入孔的、氧化的熔渣料堆，該熔渣料堆不與工件表面焊接。優(yōu)選在步驟a)中激光束的焦點(diǎn)位于工件表面的上方。
[0012]在可選的中間步驟中，通過用比在第一方法步驟中小的激光功率對(duì)料堆進(jìn)行散焦照射來實(shí)施熔渣料堆的“再氧化”。在此，也可以用氧氣作為過程氣體。在該中間步驟中，為了激光束的散焦，加工頭離開工件表面地向上移動(dòng)，使得過程氣體噴嘴和工件表面之間的距離比在第一方法步驟a)中大。熔渣料堆通過該中間步驟變得多孔化，因?yàn)檫M(jìn)行了熔渣中的FeO成份向Fe203的轉(zhuǎn)變。也可能出現(xiàn)熔渣料堆從工件的部分剝落。
[0013]在下一方法步驟b)中，在過程氣體噴嘴移動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間，尤其用氮?dú)?或其它惰性氣體)作為過程氣體將熔渣料堆從工件吹走。氣壓在此明顯比在步驟a)中更高，其中，從步驟a)到步驟b)的壓力增高盡可能地沖擊式進(jìn)行。激光在過程氣體噴嘴移動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間是關(guān)閉的。過程氣體噴嘴和工件表面之間的距離調(diào)整得盡可能小，以達(dá)到施加到料堆上的足夠高的氣體沖擊用于將該料堆吹走。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的最后方法步驟c)中，用優(yōu)選脈沖的激光束作為過程氣體的氮?dú)饣蜓鯕馔耆掏复倘肟?。過程氣體噴嘴到工件表面的距離在此優(yōu)選比在步驟a)中小，使得實(shí)現(xiàn)過程氣體向刺入孔中的良好耦入。優(yōu)選這樣選擇在步驟a)中產(chǎn)生的刺入孔的深度和寬度，使得在步驟c)中產(chǎn)生的熔渣停留在刺入孔內(nèi)部，不到達(dá)工件表面。優(yōu)選在步驟c)中激光束的焦點(diǎn)位于工件中或者在工件的下方。在工件厚度較大的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法的這兩個(gè)步驟a)和b)都可以多次進(jìn)行，直到然后在步驟c)中實(shí)現(xiàn)完全刺透。工件表面的圍繞刺入孔周圍的區(qū)域在刺透之后不具有熔渣或者附著熔化物形式的料堆。因此，接下來能夠切割具有極小尺寸的輪廓，例如狹窄的長(zhǎng)形孔。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的方法不但能夠應(yīng)用到固體激光器切割機(jī)上，也能夠應(yīng)用在具有C02激光器的激光切割機(jī)上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能干凈的刺入孔以及工藝可靠的切割起始，尤其在加工由鋁或不銹鋼構(gòu)成的、具有約10mm到25mm工件厚度的工件時(shí)。
[0016]如果在方法步驟c)中激光束的焦點(diǎn)直徑比在步驟a)中大或者在方法步驟c)期間被漸漸增大，則隨著刺穿同時(shí)進(jìn)行刺入孔的擴(kuò)寬。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，即使用比刺入時(shí)更寬的焦點(diǎn)直徑進(jìn)行切割，也能夠過程安全地進(jìn)行從較大刺入孔出發(fā)的切割起始，因?yàn)楦綆Мa(chǎn)生的熔化物或熔渣被良好地從工件向下地趕出去。焦點(diǎn)直徑的擴(kuò)大可以例如通過加工頭中的透鏡的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。替換地或者補(bǔ)充地，在激光束被光纖導(dǎo)向的情況下，可以進(jìn)行雙層光纖的芯和殼之間的照射路徑轉(zhuǎn)換。焦點(diǎn)直徑連續(xù)增大至用于接下來的切割過程的直徑有利地提高了在刺穿孔擴(kuò)大時(shí)的過程安全性。
[0017]在方法步驟b)中，過程氣體噴嘴優(yōu)選交叉地越過刺入孔上方運(yùn)動(dòng)，以可靠地將料堆去除。將過程氣體噴嘴，更準(zhǔn)確地講過程氣體噴嘴固定于其上的可移動(dòng)式激光加工頭，在方法步驟a)之后并且必要時(shí)在所述中間步驟之后，離開刺入孔水平地向第一角點(diǎn)移動(dòng)。在該移動(dòng)運(yùn)動(dòng)中或者在該第一角點(diǎn)上，過程氣體噴嘴降低，之后以相對(duì)于工件的較小距離水平地在刺入孔旁邊經(jīng)過向第二角點(diǎn)移動(dòng)。接著，過程氣體噴嘴又提升并且越過刺入孔上方向第三角點(diǎn)移動(dòng)。在該第三角點(diǎn)上，過程氣體噴嘴又降低。過程氣體噴嘴的提升和降低也可以在移動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間進(jìn)行，使得產(chǎn)生越過刺入孔的弧形運(yùn)動(dòng)走向。從第三角點(diǎn)出發(fā)，過程氣體噴嘴平行于工件表面在刺入孔旁邊經(jīng)過向第四角點(diǎn)移動(dòng)。過程氣體噴嘴從第四角點(diǎn)對(duì)中地越過刺入孔運(yùn)動(dòng)，而在此不再提升。在過程氣體噴嘴圍繞和越過刺入孔進(jìn)行吹走運(yùn)動(dòng)時(shí)，位于加工頭上的距離調(diào)節(jié)裝置優(yōu)選是關(guān)閉的。
[0018]以這樣的形式產(chǎn)生一種運(yùn)動(dòng)順序，在該運(yùn)動(dòng)順序中，在刺入孔的相對(duì)置的兩側(cè)上，過程氣體噴嘴以相對(duì)于工件的較小距離進(jìn)行在刺入孔旁邊經(jīng)過的運(yùn)動(dòng)。在該運(yùn)動(dòng)中，氣體射流以高壓從側(cè)面過來打到料堆上，使料堆通過這種方式從工件表面脫離。附加地，隨著過程氣體噴嘴到工件的距離增大以防止由于料堆而對(duì)過程氣體噴嘴造成損傷，過程氣體噴嘴進(jìn)行越過料堆的運(yùn)動(dòng)，使得也發(fā)生來自上方的氣體作用。所有三種作用方向的組合使得能夠?qū)崿F(xiàn)過程安全地將料堆去除?？赡苓€存在的料堆殘留最終在過程氣體噴嘴以相對(duì)于刺入孔中心的小噴嘴距離移動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)被過程氣體噴嘴從板材表面推開。
[0019]在另一方面，本發(fā)明也涉及激光加工機(jī)，其包括激光束發(fā)生器、具有過程氣體噴嘴的可移動(dòng)式激光加工頭、用于調(diào)整過程氣體壓力的裝置以及包括控制器，激光束和過程氣體一起從所述過程氣體噴嘴射出，所述控制器被編程，以按照根據(jù)本發(fā)明的刺入方法來控制激光加工頭的運(yùn)動(dòng)和所述裝置的所調(diào)整的過程氣體壓力。
[0020]本發(fā)明此外也涉及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，具有代碼單元，當(dāng)該程序在激光加工機(jī)的控制器上運(yùn)行時(shí)，所述代碼單元適用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的刺入方法的所有步驟。
[0021]本發(fā)明主題的其它優(yōu)點(diǎn)和有利構(gòu)型能夠從說明書、附圖和擴(kuò)展保護(hù)方案中獲知。前面提到的和后面列出的特征也可以分別單獨(dú)地或者多個(gè)任意組合地獲得應(yīng)用。示出的和說明的實(shí)施方式不應(yīng)理解為窮舉，而是對(duì)于描述本發(fā)明具有示范性質(zhì)。
【附圖說明】
[0022]附圖示出:
[0023]圖1:一種適用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的刺入方法的激光切割機(jī)；
[0024]圖2a_2d:根據(jù)本發(fā)明的刺入方法的各個(gè)方法步驟；和
[0025]圖3a，3b:在圖2c中示出的第三方法步驟中的一種特定運(yùn)動(dòng)順序的立體視圖(圖3a)和看向工件的俯視圖(圖3b)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出加工機(jī)1的立體圖，該加工機(jī)示出作為激光加工機(jī)的實(shí)施例的激光切割機(jī)的構(gòu)造。其它的實(shí)施例例如有激光焊接機(jī)或組合式?jīng)_壓/激光切割機(jī)。該加工機(jī)10例如具有C02激光器、二極管激光器或者固體激光器作為激光束產(chǎn)生器2，具有可行走的激光加工頭3并具有工件支座4。在激光器2中產(chǎn)生激光束5，該激光束借助(未示出的)光導(dǎo)纜線或者(未示出的)偏轉(zhuǎn)鏡從激光器2被導(dǎo)向到加工頭3。在工件支座4上布置有工件6。激光束5借助布置在加工頭3中的聚焦光具對(duì)準(zhǔn)工件6。此外，給加工機(jī)1供應(yīng)過程氣體7，例如氧氣和氮?dú)?。替換地或者附加地也可設(shè)置壓縮空氣或者根據(jù)應(yīng)用特定的氣體。各種氣體的使用取決于要加工的工件6的材料和對(duì)切割棱邊的質(zhì)量要求。此外，還有抽吸裝置8，它與位于工件支座4下面的抽吸通道9連接。過程氣體7被導(dǎo)送給加工頭3的過程氣體噴嘴10，該過程氣體與激光束5 —起從該過程氣體噴嘴射出。
[0027]在使用氧氣作為過程氣體來切