Установка для газолазерной резки
Полезная модель относится к области обработки лучом лазера преимущественно металлических материалов больших толщин. Установка содержит два генератора лазерного излучения - коротковолновый (1) и длинноволновый (2) с кольцевым выходным пучком, оптическую систему, газооптическую головку (3) с сопловым устройством (4), состоящим из центрального конического сопла (5) и сверхзвукового сужающе-расширяющегося кольцевого сопла (6) с косым срезом (7) на выходе, обращенным к оси симметрии сопел, при этом косой срез выполнен под углом от 5° до 40° относительно плоскости его прямого среза, и системы подачи технологического газа (8). Оптическая система длинноволнового лазера (2) содержит кольцевое отражающее поворотное зеркало (9), двухзеркальный фокусирующий объектив (10) с кольцевыми отражающими зеркалами (11) и (12). Оптическая система коротковолнового лазера (1) содержит плоское поворотное зеркало (13), оптическая ось которого направлена на отражающее зеркало (14), установленное внутри и по оси кольцевого отражающего поворотного зеркала (9). Оптические оси зеркал (9) и (14) совпадают с осью конического сопла (5). Фокусирующая линза (15) коротковолнового лазера установлена внутри двухзеркального объектива (10) длинноволнового лазера (2) в корпусе (16) с возможностью осевого перемещения. Технологический газ, истекая из сужающее-расширяющегося сверхзвукового кольцевого сопла (6) с косым срезом (7) на выходе, поджимается к оси, при этом увеличивается ее скорость и интенсивность воздействия на разрезаемый материал. Высокоскоростная сверхзвуковая струя технологического газа обеспечивает необходимую глубину реза и высокое качество его поверхности. 1 н.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 2 илл
Полезная модель относится к области обработки лучом лазера преимущественно металлических материалов больших толщин.
Известна установка для осуществления способа резки толстых металлических листов (патент РФ 
2350445, МПК В23К 26/38, опубликовано: 27.03.2009), содержащая камеру, патрубок, подающий кислород в камеру, сверхзвуковое устройство, сопло, через которое истекает струя кислорода на разрезаемый лист, лазерный луч, фокусирующую линзу. В камеру через патрубок подается под давлением кислород. Истекающая из камеры через сверхзвуковое сопло струя кислорода попадает на разрезаемый лист. Лазерный луч фокусируется линзой и, проходя соосно через сверхзвуковое сопло, падает на разрезаемый лист. При этом фокус лазерного луча находится выше поверхности листа, и диаметр пятна излучения на поверхности листа превышает диаметр струи кислорода. Мощность излучения выбирают такой, чтобы лазерный луч нагревал разрезаемый материал до температуры большей, чем температура горения, но меньшей, чем температура плавления. Толщину разрезаемых листов задают условием H/Da
(0,8-1,2)Р/Р
+5, где Н - толщина разрезаемого листа, мм. D a - выходной диаметр сопла, мм. Определенный выбор параметров резки, а именно величины давления в камере сопла и величины зазора между выходным сечением сопла и разрезаемым листом, позволяет повысить качество поверхности реза.
Известен способ лазерной резки (Патент Японии JP 11104879, МПК В23К 26/00, 26/06, 26/14, опубликовано 1999.), в котором сфокусированный лазерный луч падает на разрезаемый лист, соосно с лучом подается струя кислорода через коническое сопло. Для повышения эффективности удаления расплава из канала реза и повышения толщины разрезаемых листов устройство содержит дополнительное кольцевое сопло, концентричное первому, через которое также подается кислород. Данное решение путем лучшего продувания канала позволяет повысить толщину разрезаемых листов по сравнению со случаем, когда кольцевое сопло отсутствует. Известный способ не позволяет разрезать материалы больших толщин. В данном решении канал реза формируется лазерным лучом, сфокусированным на поверхность листа. При этом размер пятна излучения на поверхности листа меньше, чем диаметр газовой струи. С повышением толщины разрезаемых листов необходимо повышать расход кислорода через канал реза и давление кислорода в камере сопла. Повышение давления в камере приводит к избыточной концентрации кислорода в верхней части канала. Поскольку ширина канала реза меньше диаметра струи кислорода, в верхней части канала возникает неконтролируемое самопроизвольное горение разрезаемого материала в направлении боковых стенок канала, затем горение распространяется на всю толщину листа. При этом шероховатость стенок канала значительно возрастает и качество реза ухудшается.
Известна установка для реализации способа газолазерной резки (патент РФ 2025244, МПК5 В23К 26/00, опубликовано: 30.12.1994) наиболее близкая к предлагаемой полезной модели и принятая за прототип, содержащая генераторы лазерного излучения - коротковолновый со сплошным выходным пучком и длинноволновый с кольцевым выходным пучком, оптическую систему, газооптическую головку с сопловым устройством, состоящим из центрального конического сопла для подачи двухлучевого лазерного излучения и коаксиально ему расположенного кольцевого сопла для подачи технологического газа, при этом оптическая система длинноволнового лазера содержит кольцевое отражающее поворотное зеркало, двухзеркальный фокусирующий объектив с кольцевыми отражающими зеркалами, а оптическая система коротковолнового лазера содержит плоское поворотное зеркало, оптическая ось которого направлена на отражающее зеркало, установленное внутри и по оси кольцевого отражающего поворотного зеркала, оптические оси зеркал совпадают с осью конического сопла. В начальной момент в зону реза направляют коротковолновый лазерный луч, а затем коаксиально ему направляют кольцевой луч длинноволнового лазера фокусируют их на обрабатываемой поверхности, а технологический газ подают в зону воздействия лазерных лучей через наружное кольцевое коническое сопло. Плотность мощности излучения регулируют в зависимости от соотношений мощности и диаметров фокальных пятен лучей. Однако в известной установке скорость газа, истекающего из сужающегося конического сопла, ограничена и не может быть больше скорости звука, что не позволяет прорезать материалы больших толщин и, кроме того, поверхность реза получается недостаточно высокого качества.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в увеличение глубины реза и толщины прорезаемого материала, в повышение качества поверхности реза, а именно, уменьшение ее шероховатости и отсутствие грата.
Технический результат достигается тем, что в установке для газолазерной резки, содержащей генераторы лазерного излучения -коротковолновый со сплошным выходным пучком и длинноволновый с кольцевым выходным пучком, оптическую систему, газооптическую головку с сопловым устройством, состоящим из центрального конического сопла для подачи двухлучевого лазерного излучения и коаксиально ему расположенного кольцевого сопла для подачи технологического газа, при этом оптическая система длинноволнового лазера содержит кольцевое отражающее поворотное зеркало, двухзеркальный фокусирующий объектив с кольцевыми отражающими зеркалами, а оптическая система коротковолнового лазера содержит плоское поворотное зеркало, оптическая ось которого направлена на отражающее зеркало, установленное внутри и по оси кольцевого отражающего поворотного зеркала, оптические оси зеркал совпадают с осью конического сопла, новым является то, что кольцевое сопло для подачи технологического газа выполнено сужающее - расширяющимся с косым срезом на выходе, обращенным к оси симметрии сопел, при этом косой срез выполнен под углом от 5 до 40 относительно плоскости его прямого среза.
Фокусирующая линза коротковолнового лазера установлена внутри двухзеркального объектива длинноволнового лазера в корпусе с возможностью осевого перемещения с возможностью осевого перемещения вдоль фронта реза на толщину разрезаемого материала.
На фиг.1 представлена схема установки для газолазерной резки.
На фиг.2 - сопловое устройство газооптической головки.
Установка содержит два генератора лазерного излучения -коротковолновый 1 и длинноволновый 2 с кольцевым выходным пучком, оптическую систему, газооптическую головку 3 с сопловым устройством 4, состоящим из центрального конического сопла 5 и сверхзвукового сужающе-расширяющегося кольцевого сопла 6 с косым срезом 7, и системы подачи технологического газа» 8. Оптическая система длинноволнового лазера 2 содержит кольцевое отражающее поворотное зеркало 9, двухзеркальный фокусирующий объектив 10 с кольцевыми отражающими зеркалами 11 и 12. Оптическая система коротковолнового лазера 1 содержит плоское поворотное зеркало 13, оптическая ось которого направлена на отражающее зеркало 14, установленное внутри и по оси кольцевого отражающего поворотного зеркала 9. Оптические оси зеркал 9 и 14 совпадают с осью конического сопла 5. Фокусирующая линза 15 коротковолнового лазера установлена внутри двухзеркального объектива 10 длинноволнового лазера 2 в корпусе 16 с возможностью осевого перемещения.
Установка работает следующим образом. Лазерный луч коротковолнового лазера 1 направляют на отражающее поворотное зеркало 13, отражающее зеркало 14 и от него луч направляется в объектив 10 на фокусирующую линзу 15 и через центральное коническое сопло 5 импульсно с амплитудой, равной толщине прорезаемого материала, в зону реза 17. Фокусирующая линза 15 коротковолнового лазера установлена внутри двухзеркального объектива длинноволнового лазера в корпусе с возможностью осевого перемещения с возможностью осевого перемещения вдоль фронта реза на толщину разрезаемого материала. Лазерный кольцевой пучок длинноволнового лазера 2 направляют на отражающее зеркало 13 и от него в фокусирующий объектив 10, в котором луч отражается кольцевыми зеркалами 11 и 12 и также направляется через центральное коническое сопло 5 в зону реза 17. Одновременно из системы подачи технологического газа 8 в кольцевое сопло 6 под высоким давлением подается технологический газ, который, истекая из сверхзвукового кольцевого сопла 6 с косым срезом 7 на выходе, поджимается и в виде высокоскоростной сверхзвуковой струи воздействует на зону реза 17 обрабатываемого материала 18, образуя фронт реза 19.
Газолазерную резку листовых материалов осуществляют воздействием на зону реза двумя лазерными лучами с различной длиной волны, проходящими через отверстие в коническом сопле 5, фокусируют их на обрабатываемую поверхность, при этом коротковолновый луч подают импульсно с частотой (20-210) Гц и амплитудой, равной толщине прорезаемого материала, длинноволновой луч, фокусируют в виде кольца вокруг пятна коротковолнового. Технологический газ (активный кислород, воздух или смесь (О+N или пассивный - азот, аргон) подают через кольцевое сужающе-расширяющееся сверхзвуковое сопло с косым срезом, обращенным тупым углом к оси симметрии лазерных лучей. Струя газа поджимается к оси, при этом увеличивается ее скорость и интенсивность воздействия на разрезаемый материал. Высокоскоростная сверхзвуковая струя технологического газа обеспечивает необходимую глубину реза и высокое качество его поверхности.
Таким образом, за счет совместного двухлучевого воздействия коротковолновых и длинноволновых лазерных лучей и сверхзвуковой струи технологического газа, направленной в зону реза с поджатием за счет косого среза сопла, достигается интенсификация процесса газолазерной резки материалов большой толщины с высоким качеством поверхности реза.
1. Установка для газолазерной резки, содержащая коротковолновый генератор лазерного излучения со сплошным выходным пучком и длинноволновый генератор лазерного излучения с кольцевым выходным пучком, оптическую систему, газооптическую головку с сопловым устройством, состоящим из центрального конического сопла для подачи двухлучевого лазерного излучения и коаксиально ему расположенного кольцевого сопла для подачи технологического газа, при этом оптическая система длинноволнового генератора содержит кольцевое отражающее поворотное зеркало, двухзеркальный фокусирующий объектив с кольцевыми отражающими зеркалами, а оптическая система коротковолнового генератора содержит плоское поворотное зеркало, оптическая ось которого направлена на отражающее зеркало, установленное внутри и по оси кольцевого отражающего поворотного зеркала, причем оптические оси зеркал совпадают с осью конического сопла, отличающаяся тем, что кольцевое сопло для подачи технологического газа выполнено суженным-расширенным с косым срезом на выходе, обращенным к оси симметрии сопел, при этом косой срез выполнен под углом от 5° до 40° относительно плоскости его прямого среза.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фокусирующая линза коротковолнового генератора установлена внутри двухзеркального объектива длинноволнового генератора в корпусе с возможностью осевого перемещения вдоль фронта реза на толщину разрезаемого материала.
