激光穿孔方法以及激光切割通孔的方法
【专利摘要】本发明公开一种激光穿孔方法，包括如下步骤：在距离待加工的板材的板面预定高度h1，采用低频脉冲、高峰值功率的激光束A撞击板材的板面预定时间t1，以形成直径为D1的小圆坑；在距离板材的板面预定高度h2，采用低频脉冲、高峰值功率的脉冲的激光束B撞击板材的板面预定时间t2，以在小圆坑的底部形成一个直径为D2的小圆柱坑，其中，预定高度h2小于预定高度h1，预定时间t2小于预定时间t1，直径D2小于直径D1；在距离板材的板面预定高度h3，采用高频脉冲、低占空比的激光束C撞击板材，直至穿透小圆柱坑的底部，其中，预定高度h3小于预定高度h2。上述激光穿孔方法使得熔渣不容易在穿孔位置依附，可减少穿孔喷渣。本发明还提供一种激光切割通孔的方法。
【专利说明】激光穿孔方法以及激光切割通孔的方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种激光切割加工领域，特别是涉及一种激光穿孔方法以及激光切割通孔的方法。
【【背景技术】】
[0002]采用激光束对板材进行切割时，必须先进行穿孔，然后以该穿孔为起点进行切割。图1为业界采用传统方式穿孔后的实际效果图，图2是按照图1所示的穿孔进行切割时的实际效果图。请参阅图1，对板材进行穿孔后，板材的表面附着的熔渣比较多，而且堆积有3毫米高。请参阅图2，按照图1所示的穿孔在板材上切割0.8倍板厚小孔时，出现切割过烧现象，容易使板材损坏。
[0003]目前传统的穿孔方法有两种:
[0004]请参阅图3a及图3b，普通穿孔方法，即采用一束激光束一次直接贯穿板材形成穿孔。采用普通穿孔的方法时，厚板穿孔时间比较长，且穿孔不稳定，穿孔熔渣集中，并且堆积很闻。
[0005]请参阅图4a及图4b，渐近穿孔方法，即采用一束激光束按照距离渐进的方式撞击板材，形成穿孔。采用渐进穿 孔的方法时，穿孔熔渣容易附着在穿孔的周围，并且熔渣在某一方向堆积。
【
【发明内容】
】
[0006]鉴于上述状况，有必要提供一种减少表面附着的熔渣的激光穿孔方法。
[0007]一种激光穿孔方法，包括如下步骤:
[0008]步骤a，在距离待加工的板材的板面预定高度hl，采用低频脉冲、高峰值功率的激光束A撞击所述板材的板面预定时间tl,以形成直径为Dl的小圆坑；
[0009]步骤b，在距离所述板材的板面预定高度h2，采用低频脉冲、高峰值功率的脉冲的激光束B撞击板材的板面预定时间t2，以在所述小圆坑的底部形成一个直径为D2的小圆柱坑，其中，所述预定高度h2小于所述预定高度hl，所述预定时间t2小于所述预定时间tl，所述直径D2小于所述直径Dl ；以及
[0010]步骤C，在距离所述板材的板面预定高度h3，采用高频脉冲、低占空比的激光束C撞击所述板材，直至穿透所述小圆柱坑的底部，其中，所述预定高度h3小于所述预定高度h2。
[0011]上述激光穿孔方法至少具有以下优点:
[0012](I)上述激光穿孔方法主要分成三段式进行，在第二阶段采用低频脉冲、高峰值功率的激光束形成直径比小圆坑小的小圆柱坑，从而改变了熔渣的导向，在第三阶段采用高频脉冲、低峰值功率的激光束形成小圆柱坑，使得穿孔熔渣几乎垂直反射出去，从而使得熔渣不容易在板面穿孔位置依附，减少了穿孔喷渣，进而使得切割自然不受影响。
[0013](2)通过采用上述激光穿孔方法的三阶段穿孔控制，可以让中厚板的穿孔表面喷渣较少，不影响切割0.8倍板厚、0.5被板厚的小孔。
[0014](3)通过采用上述激光穿孔方法的三阶段穿孔控制，还可以提高12mm以上碳钢板穿孔的效率。例如，2000W光纤激光切割机穿孔20mm时间大约为15秒，而采用改进后的激光穿孔方法可以将时间缩短为6~7秒。
[0015]在其中一个实施例中，所述预定高度hi为35毫米，所述直径Dl为3毫米；
[0016]或/及，所述预定时间tl小于1.5秒，所述激光束A的脉冲频率为20~50赫兹，峰值功率为2500瓦。
[0017]在其中一个实施例中，所述预定高度h2为10毫米，所述直径D2为2毫米；
[0018]或/及，所述预定时间t2为1.5~3秒，所述激光束B的脉冲频率为20~50赫兹，峰值功率2000~2500瓦。
[0019]在其中一个实施例中，所述激光束C的脉冲频率为1000~2000赫兹，峰值功率为大于等于2000瓦，占空比不大于50% ；
[0020]或/及，所述预定高度h3为2~3毫米。
[0021]在其中一个实施例中，所述板材为钢板。
[0022]在其中一个实施例中，所述板材的表面喷涂有保护油，以防止激光切割的喷渣附着在所述板材的表面；
[0023]或/及，激光切割头附近设有高压气体喷出装置，所述高压气体喷出装置喷出的高压气体将所述板材表面的喷渣吹走。
[0024]同时，本发明还提供一种激光切割通孔。
[0025]一种激光切割通孔的方法，包括如下步骤:
[0026]采用上述的激光穿孔方法在所述板材上先形成一个所述穿孔；
[0027]以所述穿孔为待切割的通孔的圆心，采用激光束D沿所述通孔的半径进行切割，直至切割到所述通孔的圆周线上；
[0028]沿所述通孔的圆周线切割一周，形成所述通孔。
[0029]在其中一个实施例中，所述激光束D切割至所述通孔的圆周线时暂停预定时间t4后，再进行拐角沿所述通孔的圆周线切割。
[0030]在其中一个实施例中，所述预定时间t4为0.4~0.8秒。
[0031]在其中一个实施例中，所述通孔为板材厚度的0.5倍或0.8倍的小孔；
[0032]或/及,所述激光束D为连续激光。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0033]图1为业界采用传统方式穿孔后的实际效果图。
[0034]图2是按照图1所示的穿孔进行切割时的实际效果图
[0035]图3a为普通穿孔方法的示意图；
[0036]图3b为采用图3a所示的普通穿孔方法的实际效果图；
[0037]图4a为渐近穿孔方法的示意图； [0038]图4b为采用图3a所示的渐近穿孔方法的实际效果图；
[0039]图5a为本发明实施方式的激光穿孔方法的步骤a的示意图；
[0040]图5b为本发明实施方式的激光穿孔方法的步骤b的示意图；[0041]图5c为本发明实施方式的激光穿孔方法的步骤c的示意图；
[0042]图6为本发明实施方式的激光穿孔方法的实施例的示意图；
[0043]图7为本发明实施方式的激光切割通孔的方法的示意图；
[0044]图8及图9为采用本发明实施方式的激光切割通孔的方法切割形成0.5倍板厚的小孔的实际效果图。
【【具体实施方式】】
[0045]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。[0046]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0047]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0048]本发明的实施方式提供一种激光穿孔方法，可以应用于板材分割、切割小孔等工艺中。该激光穿孔方法可以对金属等板材进行切割，具体在图示的实施例中，板材以钢板为例进行说明。
[0049]本发明的一实施方式的激光穿孔方法，主要采用三段式切割方式形成穿孔，具体包括如下步骤:
[0050]步骤a，请参阅图5a，在距离待加工的板材200的板面预定高度hl，采用低频脉冲、高峰值功率的激光束A撞击板材200的板面预定时间tl，以形成直径为Dl的小圆坑201。
[0051]需要说明的是，在本发明中，预定高度指的是激光切割头与待加工的板材200表面的距离，例如，预定高度hi指的是激光切割头100与待加工的板材200表面的距离为hi。
[0052]可以根据板材200的材质选择预定高度hi，激光束A的脉冲频率、峰值功率，撞击板材200的预定时间tl，小圆坑201的直径D1。具体在图示的实施例中，板材200为钢板，预定高度hi为35毫米，直径Dl为3毫米。
[0053]进一步地，预定时间tl小于1.5秒，激光束A的脉冲频率为20~50赫兹，峰值功率为2500瓦。
[0054]步骤b，请参阅图5b，在距离板材200的板面预定高度h2，采用低频脉冲、高峰值功率的脉冲的激光束B撞击板材200的板面预定时间t2，以在小圆坑201的底部形成一个直径为D2的小圆柱坑203，其中，预定高度h2小于预定高度hl，预定时间t2小于预定时间tl，直径D2小于直径Dl。
[0055]具体在图示的实施例中，预定高度h2为10毫米，直径D2为2毫米。[0056]进一步地，预定时间t2为1.5?3秒，激光束B的脉冲频率为20?50赫兹，峰值功率2000?2500瓦。
[0057]步骤c,请参阅图5c,在距离板材200的板面预定高度h3,采用高频脉冲、低占空比的激光束C撞击板材200，直至穿透小圆柱坑203的底部，其中，预定高度h3小于预定高度h2。具体在图示的实施例中，预定高度h3为2?3毫米。
[0058]进一步地，激光束C的脉冲频率为1000?2000赫兹，峰值功率为大于等于2000瓦，占空比不大于50%，即平均输出功率小于等于1000瓦。
[0059]进一步地，为了防止激光切割的喷渣附着在板材200的表面，板材200的表面喷涂
有保护油。
[0060]进一步地，为了清除喷渣更加彻底，激光切割头100附近设有高压气体喷出装置，高压气体喷出装置喷出的高压气体将板材200表面的喷渣吹走。
[0061]请参阅图6a，以下结合具体的实施例来说明上述激光穿孔方法，将穿孔分为三阶段进行:
[0062]第一阶段，在离钢板的表面35mm左右的高度，采用低频脉冲为20?50赫兹、峰值功率为2500瓦的激光束进行小于I秒的短时间的撞击钢板的表面，形成一个直径为3mm大的小圆坑201 ；
[0063]第二阶段，在钢板的表面IOmm左右的高度，采用脉冲频率为20?50赫兹、峰值功率为2000瓦的激光束持续1.5?3秒的撞击钢板，形成一个直径为2mm大的小圆柱坑203 ；
[0064]第三阶段，在离钢板的表面2?3mm的高度，采用脉冲频率为1000赫兹、高峰值功率为2000瓦、占空比为50%的激光束撞击钢板，直到穿透小圆柱坑203。
[0065]如图6b所示，图6a所示实施例的穿孔周边熔渣依附较少，由于在第二阶段改变了熔渣的导向，第三阶段穿孔熔渣几乎垂直反射出去，熔渣不容易在板材200的穿孔位置依附。
[0066]请参阅图7，基于上述激光穿孔方法，本发明还提供一种激光切割通孔的方法。该激光切割通孔的方法，包括如下步骤:
[0067]步骤一，采用上述激光穿孔方法在板材200上先形成一个穿孔205 ；
[0068]步骤二，以穿孔205为待切割的通孔206的圆心，采用激光束D沿通孔206的半径206a进行切割，直至切割到通孔206的圆周线206b上。
[0069]优选地，激光束D切割至通孔206的圆周线206b时暂停预定时间t4后，再进行拐角沿通孔206的圆周线206b切割。例如，预定时间t4为0.4?0.8秒。
[0070]进一步地，激光束D可以为连续激光，以提高切割效率。
[0071]步骤三，沿通孔206的圆周线206b切割一周，形成通孔206。
[0072]需要说明的是，采用上述激光切割通孔的方法可以形成板材200厚度的0.5倍或
0.8倍的小孔。例如，穿孔205结束后，进行切割0.8倍板厚小孔时，需要添加直引线(即沿通孔的半径206a进行切割)，并在直线与圆周线206b的接口处进行拐角暂停0.4s_0.8秒，并可采用CW(连续激光)快速切割，形成0.8倍板厚的小孔。采用同样的方式，还可以形成
0.5倍板厚的小孔(此切割能力在国际行业内领先)。
[0073]上述激光穿孔方法至少具有以下优点:
[0074](I)上述激光穿孔方法主要分成三段式进行，在第二阶段采用低频脉冲、高峰值功率的激光束形成直径比小圆坑201小的小圆柱坑203，从而改变了熔渣的导向，在第三阶段采用高频脉冲、低占空比(不大于50%)的激光束形成小圆柱坑203，使得穿孔熔渣几乎垂直反射出去，从而使得熔渣不容易在板面穿孔位置依附，减少了穿孔喷渣，进而使得切割自然不受影响。
[0075](2)通过采用上述激光穿孔方法的三阶段穿孔控制，可以让中厚板的穿孔表面喷渣较少，不影响切割0.8倍板厚、0.5被板厚的小孔。如图8及图9所示，图示为16mm碳钢切割0.5倍小孔(8_直径)的实物照片，完全可以达到批量生产的要求。
[0076](3)通过采用上述激光穿孔方法的三阶段穿孔控制，还可以提高12mm以上碳钢板穿孔的效率。例如，2000W光纤激光切割机穿孔20mm时间大约为15秒，而采用改进后的激光穿孔方法可以将时间缩短为6?7秒。
[0077]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种激光穿孔方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤a，在距离待加工的板材的板面预定高度hi，采用低频脉冲、高峰值功率的激光束A撞击所述板材的板面预定时间tl，以形成直径为Dl的小圆坑； 步骤b，在距离所述板材的板面预定高度h2，采用低频脉冲、高峰值功率的脉冲的激光束B撞击板材的板面预定时间t2，以在所述小圆坑的底部形成一个直径为D2的小圆柱坑，其中，所述预定高度h2小于所述预定高度hi，所述预定时间t2小于所述预定时间tl，所述直径D2小于所述直径Dl ;以及 步骤C，在距离所述板材的板面预定高度h3，采用高频脉冲、低占空比的激光束C撞击所述板材，直至穿透所述小圆柱坑的底部，其中，所述预定高度h3小于所述预定高度h2。
2.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述预定高度hi为35毫米，所述直径Dl为3毫米； 或/及，所述预定时间tl小于1.5秒，所述激光束A的脉冲频率为20?50赫兹，峰值功率为2500瓦。
3.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述预定高度h2为10毫米，所述直径D2为2毫米； 或/及，所述预定时间t2为1.5?3秒，所述激光束B的脉冲频率为20?50赫兹，峰值功率2000?2500瓦。
4.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述激光束C的脉冲频率为1000?2000赫兹，峰值功率为大于等于2000瓦，占空比不大于50% ； 或/及，所述预定高度h3为2?3毫米。
5.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述板材为钢板。
6.如权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述板材的表面喷涂有保护油，以防止激光切割的喷渣附着在所述板材的表面； 或/及，激光切割头附近设有高压气体喷出装置，所述高压气体喷出装置喷出的高压气体将所述板材表面的喷渣吹走。
7.一种激光切割通孔的方法，其特征在于，包括如下步骤: 采用如权利要求1?6任一项所述的激光穿孔方法在所述板材上先形成一个所述穿孔； 以所述穿孔为待切割的通孔的圆心，采用激光束D沿所述通孔的半径进行切割，直至切割到所述通孔的圆周线上； 沿所述通孔的圆周线切割一周，形成所述通孔。
8.如权利要求7所述的激光切割通孔的方法，其特征在于，所述激光束D切割至所述通孔的圆周线时暂停预定时间t4后，再进行拐角沿所述通孔的圆周线切割。
9.如权利要求8所述的激光切割通孔的方法，其特征在于，所述预定时间t4为0.4?0.8 秒。
10.如权利要求7所述的激光切割通孔的方法，其特征在于，所述通孔为板材厚度的.0.5倍或0.8倍的小孔； 或/及，所述激光束D为连续激光。
【文档编号】B23K26/16GK103878494SQ201410127517
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】谢健, 彭勇, 刘朝润, 张炜, 陈燚, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司