Устройство для лазерного раскроя металлического листового материала
Полезная модель относится к области металлообработки, а именно к устройствам для лазерного раскроя металлических листовых материалов может быть использовано в атомной технике, а также в других отраслях промышленности. Технический результат - повышение производительности процесса и упрощение конструкции устройства при одновременном повышении качества реза и предотвращении коррозионных процессов в металле листового материала как во время раскроя, так и при дальнейшей эксплуатации. Устройство содержит средство фокусировки лазерного луча, камеру с патрубком для подачи в нее газа и сопло на выходе из камеры для подачи газа в зону раскроя. Продольная ось сопла совпадает с оптической осью средства фокусировки лазерного луча. Средство фокусировки расположено таким образом, что его оптическая ось проходит через указанную камеру, патрубок которой предназначен для подачи инертного газа.
Полезная модель относится к области металлообработки, а именно к устройствам для лазерного раскроя металлических листовых материалов и может быть использована в атомной технике, а также в других отраслях промышленности.
При проведении лазерного раскроя листового материала, металл которого при нагреве интенсивно взаимодействует с кислородом воздуха, происходит снижение его возможностей противостояния коррозионным процессам. Эти коррозионные процессы проходят как во время самого раскроя, так и при дальнейшей эксплуатации изделий, полученных из раскроеного листового материала.
Известно устройство для лазерной обработки (перфорации) деталей, включающий систему фокусирования лазерного луча с одновременной подачей в зону раскроя защитного инертного газа через сопло, расположенное под углом к обратной поверхности детали (SU 1515551, опубликовано 20.07.06). Защитный газ предназначен для удаления технологических отходов и не обеспечивает защиту металла от взаимодействия с кислородом.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для лазерной резки, включающее средство для фокусировки лазерного луча, сопло в виде усеченного конуса для прохождения через него сужающегося лазерного луча и сопло для подачи режущего газа также в виде усеченного конуса, при этом оси обоих сопел проходят по оси лазерного луча. Сопло для прохождения лазерного луча также может иметь патрубок для подачи другого газа для смешивания с первым режущим газом. (US 5786561, опубликован 28.07.1998). Устройство использует для лазерной резки воздействие активным газом и не обеспечивает защиты материала от воздействия кислорода воздуха.
Задачей заявленной полезной модели является создание устройства для лазерного раскроя листового материала, которые исключают снижение коррозионной стойкости металла из-за его взаимодействия с кислородом.
Технический результат заключается в обеспечении защиты металла от воздействия кислорода при одновременном упрощении конструкции устройства при осуществлении лазерной резки без использования режущих газов.
Указанный технический результат достигается в устройстве, содержащем средство фокусировки лазерного луча, камеру с патрубком для подачи в нее газа и сопло на выходе из камеры для подачи газа в зону раскроя, при этом продольная ось сопла совпадает с оптической осью средства фокусировки лазерного луча, причем согласно предложению средство фокусировки расположено таким образом, что его оптическая ось проходит через указанную камеру, патрубок которой предназначен для подачи инертного газа.
Для сокращения подготовительных операций при раскрое листовых материалов применено совмещение оси лазерного луча и оси сопла подачи инертного газа. Инертный газ подводят к соплу через патрубок, соединенный с камерой для инертного газа, на выходе которой установлено упомянутое сопло. Указанные приемы в сочетании обеспечивают не только обволакивающую защиту металла инертным газом при выполнении высокотемпературной операции раскроя, но и также позволяют быстро охладить разделенные части листового материала, что практически исключает снижение возможности металлического материала противостоять коррозионным процессам как во время проведения самого раскроя, так и при дальнейшей эксплуатации изделий, полученных с использованием лазерного раскроя.
На фиг.1 схематично показано заявленное устройство для лазерного раскроя. Устройство включает блок 1 лазерного излучения, средство 2 фокусировки лазерного луча, расположенное на входе в камеру 3 для инертного газа. На выходе камеры 3 установлено сопло 4, предпочтительно конической формы, для подачи инертного газа в зону 5 раскроя. Камера 3 также снабжена патрубком 6 для подвода в нее инертного газа. При этом ось лазерного луча 8, формируемого средством 2, и продольная ось сопла 4 совмещены друг с другом.
Устройство работает следующим образом.
В блоке 1 формируется лазерный луч 8, который фокусируется средством 2 и направляется через камеру 3 на обрабатываемый листовой металлический материал 7 в зону раскроя 5. Через патрубок 6 в камеру 3 вводят инертный газ (например, аргон), который через сопло 4 также подается в зону раскроя 5, охлаждая и обволакивая разделенные части листового материала, сдувая при этом продукты окисления и образующийся грат. Давление газа на выходе из сопла поддерживают на уровне не ниже 3,5×10-5 МПа. Кроме того, для полного исключения возникновения склонности материала к последующему развитию коррозионных процессов во время эксплуатации изделий, полученных из раскроенных заготовок, длина волны лазерного излучения выдерживается в пределах 1,06-1,07 мкм. При этом в процессе раскроя блок 1 перемещается в плоскости, параллельной плоскости расположения листового материала по заданной программе раскроя.
Пример.
Производили раскрой листового материала из сплава циркония толщиной 0,5 мм. Диаметр лазерного луча составлял 10 мкм (~10 величин длины волны излучения), длина волны излучения 1,06
1,07 мкм, использовался инертный газ аргон, давление которого на выходе сопла составляло 7×10-5 МПа. При этом ширина реза составляла 500±50 мкм. После раскроя полученные заготовки имели хорошее качество поверхности кромок и не проявляли склонности к коррозионным процессам при последующей эксплуатации изделий.
Устройство для лазерного раскроя металлического листового материала, содержащее блок лазерного излучения, средство фокусировки лазерного луча, камеру с патрубком для подачи в нее газа и сопло на выходе из камеры для подачи газа в зону раскроя, при этом продольная ось сопла совпадает с оптической осью средства фокусировки лазерного луча, отличающееся тем, что средство фокусировки расположено таким образом, что его оптическая ось проходит через упомянутую камеру, патрубок которой предназначен для подачи инертного газа.
