一种高速激光穿孔方法与流程

1.本发明涉及激光穿孔技术领域，具体为一种高速激光穿孔方法。


背景技术：

2.光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割，光纤切割技术最重要的优势是其能效性，凭借光纤激光完整的固态数字模块、单一设计，光纤激光切割系统拥有高于二氧化碳激光切割的电光转换效率，对于二氧化碳切割系统的各个电源单元来说，实际一般利用率约为8％至10％。而对于光纤激光切割系统来说，用户可以期望更高的电源效率，大约在25％至30％间，光纤切割系统整体消耗的能源比二氧化碳切割系统少约3至5倍，使得能效提高至大于86％。
3.光纤激光切割一般采用高峰值功率的脉冲激光方式，使少量材料熔化，碳钢切割常用氧气作为辅助气体，每个脉冲激光会产生较小的微粒喷射、逐渐深入，这样穿孔直径较小，喷起熔渣少，切割起步更平稳。脉冲穿孔方式须有较好的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的精细控制，先用一个很短的时间破一下板子表面的氧化层、渣子等再极速穿孔，但目前的激光穿孔存在以下缺陷：
4.1)厚板穿孔时容易出现爆孔现象，易造成切割不稳定、镜片和喷嘴损坏的问题；
5.2)传统的穿孔方式，每次到达设定高度再按设定的功率、频率和占空比参数出光，穿孔时间长，效率低下。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高速激光穿孔方法，解决了现有激光穿孔方法对厚板穿孔时容易出现爆孔现象，易造成切割不稳定、镜片和喷嘴损坏的问题，且传统的穿孔方式，每次到达设定高度再按设定的功率、频率和占空比参数出光，穿孔时间长，效率低下的问题。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高速激光穿孔方法，具体包括以下步骤：
10.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具；
11.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
12.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.5-0.9cm，并控制激光穿
孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同；
13.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1-2min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气；
14.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
15.优选的，所述步骤s1中对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出3-5cm的夹持部。
16.优选的，所述步骤s3中对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.3-0.6kw。
17.优选的，所述步骤s4中工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣。
18.优选的，所述步骤s4中预穿孔工件所需厚度为工件的三分之一至二分之一厚度。
19.优选的，所述步骤s1-s5中的激光穿孔设备均是采用型号为xh-b200的激光打孔机。
20.优选的，所述步骤s4中启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5-6min。
21.优选的，所述步骤s4中启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气3-5min。
22.(三)有益效果
23.本发明提供了一种高速激光穿孔方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
24.(1)、该高速激光穿孔方法，具体包括以下步骤：s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具；s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.5-0.9cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同；s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1-2min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气；s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求，通过脉冲激光增加峰值功率，来提高穿孔效率，并在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，适当降低穿孔焦点来虽短穿孔时间和提升穿孔的稳定。
25.(2)、该高速激光穿孔方法，通过控制氧气穿孔气压与切割气压相当，来使提升切割效率，同时在多级穿孔之间增加停光吹气，来避免对厚板穿孔时出现爆孔，确保切割稳定，防止镜片和喷嘴损坏的情况发生。
附图说明
26.图1为本发明实施例的流程图；
27.图2为本发明实施例中应用实例的实验数据图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1-2，本发明实施例提供五种技术方案：一种高速激光穿孔方法，具体包括以下实施例：
30.实施例1
31.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出3cm的夹持部；
32.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
33.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.5cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同，对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.3kw；
34.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气，工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣，预穿孔工件所需厚度为工件的三分之一厚度，启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5min，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气3min；
35.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
36.实施例2
37.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出3.5cm的夹持部；
38.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
39.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.6cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同，对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.4kw；
40.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1.25min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气，工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣，预穿孔工件所需厚度为工件的二分之一厚度，启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5.25min，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气3.25min；
41.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
42.实施例3
43.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出4cm的夹持部；
44.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
45.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.7cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同，对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.5kw；
46.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1.5min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气，工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣，预穿孔工件所需厚度为工件的三分之一厚度，启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5.5min，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气4min；
47.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
48.实施例4
49.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出4.5cm的夹持部；
50.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
51.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.8cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同，对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.55kw；
52.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1.75min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气，工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣，预穿孔工件所需厚度为工件的二分之一厚度，启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5.75min，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气4.5min；
53.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
54.实施例5
55.s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工
件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出5cm的夹持部；
56.s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；
57.s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.9cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同，对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.6kw；
58.s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过2min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气，工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣，预穿孔工件所需厚度为工件的三分之一厚度，启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为6min，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气5min；
59.s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。
60.本发明实施例，步骤s1-s5中的激光穿孔设备均是采用型号为xh-b200的激光打孔机。
61.应用实例
62.脉冲周期：t＝1/频率，脉冲宽度：t＝t*占空比，如图2所示，脉冲频率500hz，占空比50％，可得：脉冲周期t＝1/500＝2ms，脉冲宽度t＝2*50％＝1ms。
63.综上，本发明通过脉冲激光增加峰值功率，来提高穿孔效率，并在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，适当降低穿孔焦点来虽短穿孔时间和提升穿孔的稳定，通过控制氧气穿孔气压与切割气压相当，来使提升切割效率，同时在多级穿孔之间增加停光吹气，来避免对厚板穿孔时出现爆孔，确保切割稳定，防止镜片和喷嘴损坏的情况发生。
64.同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
65.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高速激光穿孔方法，其特征在于：具体包括以下步骤：s1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具；s2、安装工件：将步骤s1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；s3、校准准备：先对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程，再对光校准，再在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，将穿孔焦点降低0.5-0.9cm，并控制激光穿孔设备的氧气穿孔气压与切割气压相同；s4、一次穿孔切割：启动激光穿孔设备穿破步骤s2安装好的待加工工件表面的杂质，再经过1-2min预穿孔工件所需厚度，然后关闭激光，启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气；s5、二次穿孔切割：吹气完成后，启动激光切割设备继续对工件进行穿孔切割处理，直至将工件穿孔所需尺寸要求。2.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s1中对待穿孔工件的机加工处理包括切削、打磨、清洗和烘干处理工序，其中在对待穿孔工件的切削时，需要对待穿孔工件的两侧切削预留出3-5cm的夹持部。3.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s3中对激光穿孔设备脉冲激光的峰值功率进行加权编程的脉冲激光峰值功率提升0.3-0.6kw。4.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s4中工件表面的杂质为工件表面氧化层或废渣。5.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s4中预穿孔工件所需厚度为工件的三分之一至二分之一厚度。6.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s1-s5中的激光穿孔设备均是采用型号为xh-b200的激光打孔机。7.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s4中启动激光穿孔设备穿破工件表面杂质的时间为5-6min。8.根据权利要求1所述的一种高速激光穿孔方法，其特征在于：所述步骤s4中启动吹气设备内的氧气穿孔泵气设备对工件的穿孔位置吹气3-5min。

技术总结
本发明公开了一种高速激光穿孔方法，具体包括以下步骤：S1、工件的准备：首先对待穿孔的工件进行机加工处理来适应激光穿孔设备的夹具，S2、安装工件：将步骤S1机加工完成后的待穿孔工件安装于激光穿孔设备的工作台夹具上；S3、校准准备，S4、一次穿孔切割，S5、二次穿孔切割，本发明涉及激光穿孔技术领域。该高速激光穿孔方法，通过脉冲激光增加峰值功率，来提高穿孔效率，并在保证激光光斑不会打在喷嘴的前提下，适当降低穿孔焦点来虽短穿孔时间和提升穿孔的稳定，通过控制氧气穿孔气压与切割气压相当，来使提升切割效率，同时在多级穿孔之间增加停光吹气，来避免对厚板穿孔时出现爆孔，确保切割稳定。确保切割稳定。确保切割稳定。


技术研发人员：李振宇 彭文飞 周雨 申志 徐柱
受保护的技术使用者：武汉威士登自动化控制技术有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/1/28