一种厚碳钢板万瓦级激光高速高质量切割方法

1.本发明涉及激光加工技术领域，具体地是指一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法。


背景技术：

2.近些年激光技术发展迅速，以光纤激光为主导，激光功率得到了飞速发展，当前已量产的激光器最大功率达50kw，投入激光切割应用的可选最大功率达30kw，可轻松实现亮面切割20mm以上厚度的板材。
3.虽然国内外的激光切割设备厂家技术发展迅速，激光切割生产过程中能够使用的激光功率与日俱增，但是由于激光切割涉及的工艺参数众多，工艺参数之间互相耦合，在缺乏系统研究的前提下，实际使用有较高的学习成本，而且由于工艺复杂，调试成本太高，当前大功率激光切割生产过程中，难以兼顾切割速度和切割质量，使用的切割速度还停留于较为保守的程度，没有充分发挥大功率激光切割在金属加工方面的能力与潜力，需要进一步开发能够方便快捷调试出具有高切割速度和高切割质量的激光切割方法。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述大功率激光切割厚板难以充分发挥大功率激光的优势，调试出在高切割速度下具有高切割质量的技术问题，提供适合于当前大功率激光切割厚碳钢板高速高质量切割方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
6.s1：选择一个板材厚度，置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。
7.s2：进行试切；
8.s3：维持所述工艺参数不变，提高激光功率、占空比、辅助气体压力三个参数值，进行多次切割，找到能够切断板材的最大切割速度；
9.s4：固定激光功率、占空比和辅助气体压力，观察s3中最大切割速度下的切割面形貌及切缝状态，调整喷嘴直径、喷嘴高度和离焦量，进行多次切割试验；
10.优选地，在调试切割速度前需要获取一组该厚度下具有较好切割质量的工艺参数。
11.优选地，所述激光功率需为万瓦级，切割所使用的的氧气纯度至少为99.99％。
12.优选地，所述工艺参数包括切割速度相关参数与切割质量相关参数。
13.优选地，先通过调整与切割速度有关工艺参数获取更高的切割速度，再保持这类参数不变，调整与切割质量有关的工艺参数。
14.优选地，调试切割速度步骤先于优化切割质量步骤。
15.与现有技术相比，本发明有如下优点：
16.1.当前的激光切割方法都是以切割质量作为优化目标，切割速度只是其中一个调整的工艺参数，由于激光切割涉及的工艺参数众多，所以在需要更大的切割速度时，复杂的
工艺会使得调试成本很高，本发明提出的方法只需要调整激光功率、占空比和气压，就能得到更大的切割速度，显著降低了调试成本，提高效率。
17.2.本发明提出的方法在试切获取到亮面之后，能够获得该激光器该厚度下最大的切割速度，相较于传统在所有工艺参数中进行调试的方法，获得的切割速度更大。
18.3.本发明可满足不同的加工生产需求，即可应用于切割质量要求不高只追求效率的场景下，也可实现在最大的切割速度下进行切割质量优化，兼顾加工效率与切割质量。
附图说明
19.图1是本发明一种厚碳钢板万瓦级激光高速高质量切割方法的流程示意图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
21.本申请实施例公开一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，具体实施步骤如下：
22.s1：选择一个板材厚度，置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。
23.s2：进行试切，或者已有一组能够实现较好切割质量的工艺参数组合；
24.s3：维持其他工艺参数不变，提高激光功率、占空比、辅助气体压力三个参数值，进行多次切割，找到能够切断板材的最大切割速度；
25.s4：固定激光功率、占空比和辅助气体压力，观察s3中最大切割速度下的切割面形貌及切缝状态，调整喷嘴直径、喷嘴高度和离焦量，进行多次切割，不断优化切割质量；
26.在本实施例中，采用的激光器为二氧化碳激光器、yag激光器、光纤激光器中的一种，功率大于12kw。切割气体为纯度至少为99.99％的氧气。
27.步骤s2中，试切的切缝质量为磨砂或者亮面，后续所能实现的切割速度能够更大。
28.步骤s3中，12000w激光切割20mm及以上的厚板时，占空比可设置为100％，氧气压力设置为0.11mpa。
29.步骤s4中，切割质量优化方向为：板材越厚，选用的喷嘴直径和离焦量越大，切割高度不高于0.5mm。
30.例如，20mm厚板万瓦级激光高速高质量切割：
31.s1：将板材置于置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。
32.s2：进行试切，设定激光功率为10kw，占空比为100％，氧气压力为0.9mpa，喷嘴直径1.8mm，切割高度0.5mm，离焦量9.0mm，切割速度1.30m/min，可获得较好的切割质量。
33.s3：保持其他参数不变，调整激光功率为12kw、占空比为100％和氧气压力0.11mpa，多次提高切割速度进行切割，获得1.70m/min的最大切割速度。
34.s4：观察以1.70m/min速度切割的样件切割面条纹形貌，切缝的挂渣情况，保持其他参数不变，调整离焦量为11mm，喷嘴直径为14mm，切割高度为0.5，进行切割，获得接近亮面切割质量良好的样件。
35.例如，25mm厚板万瓦级激光高速高质量切割：
36.s1：将板材置于置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。
37.s2：进行试切，设定激光功率为10kw，占空比为100％，氧气压力为1.0mpa，喷嘴直径1.6mm，切割高度0.5mm，离焦量10.0mm，切割速度0.80m/min，可获得较好的切割质量。
38.s3：保持其他参数不变，调整激光功率为12kw、占空比为100％和氧气压力0.12mpa，多次提高切割速度进行切割，获得1.32m/min的最大切割速度。
39.s4：观察以1.32m/min速度切割的样件切割面条纹形貌，切缝的挂渣情况，保持其他参数不变，调整离焦量为12mm，喷嘴直径为16mm，切割高度为0.4，进行切割，获得接近磨砂面具有较好切割质量样件。
40.以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。


技术特征：
1.一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，包括以下步骤：s1：选择一个板材厚度，置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。s2：进行试切；s3：维持所述工艺参数不变，提高激光功率、占空比、辅助气体压力三个参数值，进行多次切割，找到能够切断板材的最大切割速度；s4：固定激光功率、占空比和辅助气体压力，观察s3中最大切割速度下的切割面形貌及切缝状态，调整喷嘴直径、喷嘴高度和离焦量，进行多次切割试验。2.根据权利要求1所述的一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，其特征在于，在调试切割速度前需要获取一组该厚度下具有较好切割质量的工艺参数。3.根据权利要求1所述的一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，其特征在于，所述激光功率需为万瓦级，切割所使用的的氧气纯度至少为99.99％。4.根据权利要求1所述的一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，其特征在于，所述工艺参数包括切割速度相关参数与切割质量相关参数。5.根据权利要求5所述的一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，其特征在于，先通过调整与切割速度有关工艺参数获取更高的切割速度，再保持这类参数不变，调整与切割质量有关的工艺参数。6.根据权利要求6所述的一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，其特征在于，调试切割速度步骤先于优化切割质量步骤。

技术总结
本发明公开了一种厚板万瓦级激光高速高质量切割方法，包括以下步骤：S1：选择一个板材厚度，置于切割喷嘴下方，保持喷嘴与板材垂直。S2：进行试切，或者已有一组能够实现较好切割质量的工艺参数组合；S3：维持其他工艺参数不变，提高激光功率、占空比、辅助气体压力三个参数值，进行多次切割，找到能够切断板材的最大切割速度；S4：固定激光功率、占空比和辅助气体压力，观察S3中最大切割速度下的切割面形貌及切缝状态，调整喷嘴直径、喷嘴高度和离焦量，进行多次切割，不断优化切割质量。本发明通过简单的流程，即可获得更高的切割速度以及较好的切割质量，充分发挥万瓦级激光的优势，兼顾切割速度与切割质量，降低工艺参数调试的难度与成本。成本。成本。


技术研发人员：任子为 张仕进 曾继跃 陈明
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/13