專(zhuān)利名稱(chēng)：材料的加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從工件上切除材料的裝置和方法，特別是在工件上加工盲槽的裝置和方法。
本說(shuō)明書(shū)中，“盲槽”指不完全通過(guò)而是部分通過(guò)工件的細(xì)槽溝、長(zhǎng)縫、槽和孔。
已知向工件表面垂直照射激光束使金屬熔化，并經(jīng)過(guò)氮?dú)獾碾x軸噴射進(jìn)行清除，可以在工件上加工出槽。將氮?dú)鈬娮旌图す馐鄬?duì)固定，移動(dòng)工件，即可在工件上加工出窄槽。
由于噴壓集結(jié)于槽底，氣體噴射速度和槽中熔融材料的排除速度就降低，因而這種加工方法只能造成低效，且只能用于較淺槽的加工。
另一種激光切割加工是應(yīng)用激光并用氣流以40°-45°射向材料表面。
國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)WO 94/21419公開(kāi)了在工件上加工通槽的方法，該方法包括用激光束加熱工件表面并向該表面直射兩束氣流。
假如工件材料能有效地吸收輻射能，使用高功率的激光器熔化一定體積的材料是比較容易的，激光加工的問(wèn)題不是熔化過(guò)程而是如何高速高效地清除熔融材料，當(dāng)在工件上加工非常窄而深的盲槽時(shí)，這一問(wèn)題就顯得特別突出。
本發(fā)明的目的是提供一種使用熱源如激光束加工工件的裝置和方法，此裝置和方法比現(xiàn)有方法更能有效地從深的盲溝、盲槽中清除去熔融金屬。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，在工件上加工盲槽的方法包括用材料熔點(diǎn)以上的溫度加熱工件表面并用至少兩束氣流直射槽底，氣流在槽底共同形成具有預(yù)定旋向的渦流，從而使熔狀材料從槽中清除。
最好是使用激光束加熱工件表面，第一氣流作為射流與工件表面基本成直角，而第二氣流作為射流與工件表面成銳角。
另一辦法是由作用于工件表面并緊貼著激光束的相對(duì)真空產(chǎn)生，而第二氣流作為射流與工件成銳角。
依據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，在工件上加工盲槽的裝置包括熔化工件表面的熱源和產(chǎn)生至少兩束氣流的裝置。所產(chǎn)生的氣流與槽底相互作用，形成具有預(yù)定旋向的渦流，從而清除槽中的熔狀材料。
現(xiàn)將本發(fā)明的具體裝置用例子并參照所附略圖進(jìn)行說(shuō)明。


圖1是在工件上加工盲槽的裝置示意圖。
圖2是與圖1相似的示意圖，但標(biāo)出了兩束氣流的速度矢量。
圖3說(shuō)明了圖1中工件加工時(shí)的槽底氣流速度為氣體噴射速度的函數(shù)。
圖4為槽深和表面堆積層與氣壓的關(guān)系圖。
圖5為按本發(fā)明的方法加工具有大量盲槽的工件的剖視圖。
如圖1和圖2所示，在工件2上加工深盲槽3的裝置1包括激光能源4即CO2激光器，它可使激光束與工件2上表面(圖示)基本成直角。噴嘴裝置8用于使第一氣流5如氧氣流射向工件2的上表面并與激光束基本同軸，在第一氣流的大體方位面(in general direction)內(nèi)，與上述氣流5隔開(kāi)的第二氣流6如氮?dú)饬鳎c工件2的上表面成脫角(a)射向所述的工件表面。氣流5和6之間的距離“X”可以為2-6mm。
在使用中，如圖示，工件2相對(duì)于CO2激光束向右移動(dòng)，而激光束以足夠的功率聚焦于工件表面上，使工件2局部熔化從而形成槽3。實(shí)質(zhì)上，第一和第二氣流5和6與槽3底部一起形成具有預(yù)定旋向的渦流，將槽3中的熔狀材料和其他堆積層清除掉。
渦流旋轉(zhuǎn)速度由有效穩(wěn)定的第一氣流的速度變化控制。參見(jiàn)圖3，此圖說(shuō)明圖1中接近標(biāo)有A-B的槽前沿處，從槽度部向工件表面上升的氣體速度是固定的第一氣流5的速度的函數(shù)，如果此速度很低如5m/s，則第二氣流6用于從槽3中吹除熔狀材料和堆積層。
一般上升氣體的速度隨穩(wěn)定氣流的速度的升高而升高，例如穩(wěn)定氣流的速度增至100m/s，則上升氣體的速度升至最大值130m/s。然而穩(wěn)定氣流向150-200m/s進(jìn)一步增高，則會(huì)起反作用，反面使上升氣體的速度下降，這時(shí)渦流瀕于改變其方向。
一般說(shuō)渦流能將熔狀金屬?gòu)牟?的深處有效地吸出，通過(guò)改變激出束下工件的移動(dòng)速度和穩(wěn)固定氣流5的噴射速度，可以控制槽3的深度。另外，圖1中以X標(biāo)出的氣流源5和6之間的距離對(duì)控制槽3的深度有影響，X值越大，槽越深。
同使用其他氣體相比，使用氧氣作為第一氣流即穩(wěn)定氣流，在槽里起作用的放熱能量可加工更深的槽。
通過(guò)改變第一氣流的壓力即改變其速度，加工出槽。在上面描述的具體裝置中，固定氣體由純氧化組成，同時(shí)第二氮?dú)饬鞯膲毫υO(shè)定為11bar。
圖4給出了槽深和表面堆積層與氧氣壓力的關(guān)系曲線(xiàn)。太低的氧氣壓力導(dǎo)致切削無(wú)效。隨表面堆積層的增加槽深減小。在1.5巴壓力以下，這一過(guò)程是不穩(wěn)定的，對(duì)一個(gè)特定的噴嘴調(diào)整，發(fā)現(xiàn)最佳壓力為2.5巴。過(guò)高的壓力對(duì)上升速度產(chǎn)生反作用，并使槽口封閉，產(chǎn)生不良的氧化反應(yīng)。
圖5示出了具有許多盲槽的工件如冷卻管道。工件為200mm厚的鋼塊，槽是使用1kwCo2激光器以1.5m/min的速度加工而成的，槽寬30μm，深30mm，槽間的距離為1mm，氮?dú)饬鞯膲毫?1巴，氧氣流的壓力為2.4巴。
在以上述描述的裝置中，盡管對(duì)第一氣流直射工作的情況作了介紹，但現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)通過(guò)產(chǎn)生一種真空而改變第一氣流的方向，同樣可以形成渦流。
此外，上述裝置中僅描述了兩束氣流，顯然，利用兩束以上氣流也可以形成渦流。
權(quán)利要求
1.在工件上加工盲槽的方法包括下列步驟用工件熔點(diǎn)以上的溫度加熱工件表面，并用至少兩束氣流射向上述工件表面，氣流與槽底一起形成具有預(yù)定旋向的渦流，從槽中清除去熔狀材料。
2.在權(quán)利要求1所述的方法中，其中使用激光束加熱工件表面。
3.在權(quán)利要求1和2所述的方法中，其中第一氣流射向工件表面并與之大致成直角，在第一氣流大體的方位面(in the generaldirection)內(nèi)，第二氣流射向工件表面并與之成銳角。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中第一氣流是氧氣流，第二氣流是氮?dú)饬鳌?br> 5.如權(quán)利要求1和2所述的方法，其中第一氣流由作用于工件表面并緊貼著激光能量束的相對(duì)真空產(chǎn)生，大體上在真空所處的方位面內(nèi)(in the general direction)第二氣流射向工件表面并與之成銳角。
6.一種在工件(2)上加工槽(3)的裝置包括熔化工件(2)表面的熱源(4)和射向工件表面的至少兩束氣流(5)和(6)，氣流相互作用并與槽(3)底部一起形成具有預(yù)定旋向的渦流，從槽(3)中清除去熔狀材料。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述的熱源為激光束。
8.一種加工工件的方法基本上如上所述。
9.一種加工工件的裝置，其構(gòu)造、安裝和操作應(yīng)用，基本上如上所述，同時(shí)可參考附圖1及2的圖解說(shuō)明。
全文摘要
在工件2上加工盲槽3的方法包括使用激光束以高于其熔點(diǎn)的溫度對(duì)工件2的表面加熱，并將至少兩束氣流5和6射向工件，它們與槽3底部一起形成具有預(yù)定旋向的渦流，從槽3中清除掉熔狀材料。
文檔編號(hào)B23K26/14GK1139024SQ9610723
公開(kāi)日1997年1月1日 申請(qǐng)日期1996年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月13日
發(fā)明者W·奧尼爾 申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司