[发明专利]经改进的材料热切割设备

说明书

本发明涉及材料的热切割。

用CO₂激光器切割例如金属时，辅助气体射流由喷咀射向受切割的金属表面。

在整个本说明书中，“辅助气体”一词包括在热切割过程中积极参与切割过程的气体，其主要作用不是与保护气氛起反应就是提供这种保护气氛，保护受切割的材料使其不致起反应，并向切割过程中要清除的熔融材料提供功能。为避免产生疑问，“辅助气体”一词不包括那些对热切割机的能源起调节作用的气体。在激光切割的情况下，辅助气体是激光束掠过金属表面时吹除熔融金属和碎屑必不可少的手段。如上所述，辅助气体可以是惰性气体，从而保护金属板，使其不致氧化或污染。不然辅助气体也可以是反应气体，因而与受切割的金属产生放热反应，从而放出热量，以较快的切割速度来提高切割作业。

最近，在大多数用激光切割的金属板上，可以看到因周期性熔融效应所引起的许多明显条纹，该熔融效应则是伴随着熔融金属和碎屑因辅助气体而引起起的不均匀地排出而产生的。

英国申请公告2194190号介绍了一种用超声波等离子弧焊枪间歇地焊接或切割材料的方法和设备，焊枪在等于所要求的切割或焊接动作重复率的频率下，通过调节通到焊枪的气流加以控制。与速度低的气流相比，速度高的气流能产生功率密度较高和直径较大的等离子体射流。换句话说，该气体具有调节焊枪主热源功率密度的作用。该主献没有谈到通过调节辅助气体连续热切割材料的作法。

本发明的目的是提供一种切割质量有所提高的连续热切割材料的设备和方法，切割质量可以通过以下各方面来判断：例如，切口表面的粗糙度;附在切口下缘的废渣;下切口没有烧过头的现象，这种现象会使切口边缘不平整。

按照本发明的一种方案，本发明的材料连续热切割设备包括一个热切割机和一个供气系统，供气系统包括一个压缩辅助气源、管道装置和控制装置，管道装置用以将气体从气源输送到热切割机，控制装置位于气源与热切割机之间的管道装置，工作时能以预定频率的脉冲形式给热切割机提供所述辅助气体。

按照本发明的另一种方案，在有辅助气体的热切割机中连续热切割材料的方法包括：控制辅助气体到热切割机的供应过程，使得辅助气体按预定的频率脉动。

脉动过程就是辅助气体在通过形成供气系统的一部分的喷嘴输出的流量和压力方面的调节过程。

现在参照所附的示意图通过举例说明本发明一个实的施例。附图中：

图1 是本发明的CO₂激光器和辅助气供气系统的示意图;

图2  是用恒压或非脉动辅助气流和经调节或脉动的辅助气流切割材料时表面粗糙度的对比曲线;

图3 是用经调节的或脉冲的辅助气流在不同频率下切割材料时粗糙度数值的对比曲线图。从图中可以看到，用CO₂激光器的热切割机工作时将一束能量投向厚例如5至10毫米的软钢板2的工作件上。激光束且与之共轴线的周围是喷嘴4，形成辅助气体供应系统的一部分。喷嘴4由管道装置6连接到辅助气源，辅助气源可以是例如由气体调节器（图中未示出）控制的装在气缸（图中未示出）中的加压氧气。氧气缸与喷嘴4之间的管道装置6内配置着以电磁阀形式出现的控制装置8。电磁阀由频率调制电路控制，频率调制电路产生选通输出电压，该输出电压的频率和传号与空号之比可由装在频率调制电路上的电位计控制，从而有效地控制电磁阀的打开和关闭。

氧气缸与电磁阀之间的管道装置6内设有膨胀室10，电磁阀起缓和可能会形成的影响氧气缸调节器的任何反压的作用。

在使用过程中，加压的氧辅助气体从氧气缸和调节器通过管道装置6和膨胀室10流向电磁阀8。流到喷嘴4的氧气流按一预定频率，例如30至500赫，有效脉动着。脉动气体从喷嘴4以射流的形式喷出，供吹除熔融金属和碎屑之用。

现在参看图2，这是用经调节的或脉动辅助气体以不同的切割速度进行切割时与用恒压的或非脉动辅助气体进行切割时所得出的切口表面粗糙度的比较曲线图。显然，脉动辅助气流比用恒压辅助气流得出的粗糙度小。

图3表明提高辅助气流的调节频率可以减少切口粗糙度。

虽然在上述实施例中是就CO₂激光器切割金属方面进行论述，显然也可以考虑将脉动辅助气体使用在其它型式的热切割。

此外，虽然上面谈到的是用电磁阀作为控制装置8，但也可以采用其它代用品。举例说，机械旋转阀;凸轮从动阀;自推进式阀，即借助于气体压力驱动旋转的旋转阀;或包括将压力脉冲传给恒流辅助气流的从动活塞或隔膜的阀门。