[发明专利]一种应用于碳钢的激光穿孔方法

说明书

本发明涉及一种应用于碳钢的激光穿孔方法，依次采用步骤一：准备厚度为d的碳钢；步骤二：采用峰值功率10000W‑15000W、占空比70%‑90%、脉冲频率800HZ‑1200HZ的激光束对碳钢进行0.1s‑0.3s的激光穿孔；步骤三：采用采用峰值功率100%、占空比30%‑50%、脉冲频率100HZ‑150HZ的激光束对碳钢进行1s‑5s的激光穿孔；步骤四：采用峰值功率100%、占空比40%‑60%、脉冲频率60HZ‑100HZ的激光束对碳钢进行1s‑5s的激光穿孔。采用上述方案，提供一种经过多级激光穿孔的方式，且各级激光穿孔的激光束占空比及脉冲频率逐步降低用于适配平衡碳钢的热效应，而提高穿孔质量的一种应用于碳钢的激光穿孔方法。

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种应用于碳钢的激光穿孔方法。

背景技术

激光切割技术是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发穿孔形成孔洞，之后随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的（如0．1mm左右）切缝，完成对材料的切割。

其中，激光穿孔是激光切割的先行工序，穿孔的好坏直接影响后续切割的质量，另外，碳钢是激光切割材料中较为常见的切割材料，其采用高峰值功率的脉冲激光方式，并以氧气作为辅助气体，使少量材料熔化形成激光穿孔孔洞，其中，衡量碳钢激光穿孔的好坏主要由熔渣的量以及穿孔孔径的大小。

现有激光穿孔技术存在的问题在于：由于现有的激光穿孔通常根据碳钢的材料特性而设置高频率、高功率以及高占空比的激光束进行快速穿孔，但是，由于激光切割过程中，碳钢本身材质具有热效应，因此，往往出现在经过一定时间的激光穿孔后，热效应与激光束的能量叠加将会使得穿孔能量高于碳钢激光穿孔的极限功率，从而导致能量过盛出现熔渣飞溅以及穿孔孔径过大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种经过多级激光穿孔的方式，且各级激光穿孔的激光束占空比及脉冲频率逐步降低用于适配平衡碳钢的热效应，而提高穿孔质量的一种应用于碳钢的激光穿孔方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

步骤一：准备厚度为d的碳钢；

步骤二：采用峰值功率10000W-15000W、占空比70%-90%、脉冲频率800HZ-1200HZ的激光束对碳钢进行0.1s-0.3s的激光穿孔；

步骤三：采用采用峰值功率10000W-15000W、占空比30%-50%、脉冲频率100HZ-150HZ的激光束对碳钢进行1s-5s的激光穿孔；

步骤四：采用峰值功率10000W-15000W、占空比40%-60%、脉冲频率60HZ-100HZ的激光束对碳钢进行1s-5s的激光穿孔。

本发明进一步设置为：步骤二中采用气压为1Bar，步骤三中采用气压为0.8Bar，步骤四采用气压为0.7Bar。

本发明进一步设置为：步骤二中激光束至碳钢之间的穿孔高度为10-20mm，步骤三中激光束至碳钢之间的穿孔高度为5-10mm，步骤四中激光束至碳钢之间的穿孔高度为1-5mm，且步骤二至步骤四中激光束至碳钢之间的穿孔高度依次降低。

本发明进一步设置为：步骤二中激光束的焦点位于碳钢内，且焦点至碳钢表面的间距为8-12mm，步骤三中激光束的焦点位于碳钢内，且焦点至碳钢表面的间距为4-8mm，步骤四中激光束的焦点位于碳钢内，且焦点至碳钢表面的间距为1-4mm。

本发明进一步设置为：碳钢d的范围为12mm-50mm。

本发明进一步设置为：在步骤二、步骤三、步骤四激光束工作过程中同步进行的高压吹气。

本发明进一步设置为：在步骤二、步骤三、步骤四采用氧气作为助燃剂。