专利名称：激光切割方法
技术领域：
本发明涉及用激光切割金属零部件的领域，比如CO2激光器。
背景技术：
为了用加工或切割方法制造一些复杂几何形的金属零部件，我们必须发明一种特殊的方法。当制造在涡轮机中满足特殊规格的驱动流体分配外壳(driving fluiddistribution casing)时就是一个例子，比如一个燃气轮机引擎。
这个外壳需要考虑的是有一个截头圆锥体的普通形状，在朝里的表面上固定了两个同轴的壳体，这两个壳体的直径稍有不同。一方面在外壳体的自由边附近切有开孔，并且另一边的内壳里容许一些静止流体分配叶片(stationary fluid distributionvanes)固定在其中。这些开孔成对地径向排列。
由此提出的问题是怎样在内壳上切开孔。
有几种想到的技术，但它们都存在着不足之处-例如，EDM方法很长且部件制造成本高。再者，冶金问题引起了需要必要的再处理；-EDM线切割，由于它的空间需求，不适合于部件的几何构造，并且持续时间引起了高制造成本；-在切割内壳期间，喷水式推进器的使用容易使外壳受到损坏。此外，可以看到精度不够；和-由于两个壳体离得太近，冲压也是很难实现的。
由于它的精度和切割速度激光技术是有利的，但是问题是，当已经穿过内壳体的壁的光束照射被外壳体的壁阻止时如何防止外壳体不被损坏。外壳将在激光束冲击和熔化金属飞溅的双重作用下被损坏。
在两个壳体之间配置一个简单的由抗CO2束波长的金属制成的保护装置是不理想的，因为这样不能避免熔融的金属溅回到内壳的后表面上。
在这种环境下用石腊也是不令人满意的，这是由于它能很快由固体状态变为液体状态并被伴随激光的气体排出，这将使外壳处于非保护状态。
因此申请人为此目标开发了一种可更好地解决这个问题的切割方法。
发明内容
根据本发明，用于激光切割方法，至少在第一金属板上切割第一开孔，在与所述第一板平行且相距很短的第二金属板上具有第二开孔，所述第二开孔的轮廓与将要切割的所述第一开孔的轮廓一致，值得注意的是，形成保护装置的板位于所述第一板和所述第二板之间，所述保护装置具有确定厚度和第三开孔，所述第三开孔的轮廓相对于所述第二开孔的轮廓向内偏移。
对于本发明，消除了熔融金属的回溅，这是因为这些回溅金属被通过所述保护板和所述第二板上的开孔除去，此外，激光束被阻挡了并且残留能量被所述保护层吸收了。也可观察到在光束出口的非芒刺切口。这种方法还减小了受高温影响的区域的范围，应小于0.05mm。
这个工艺尤其应用在切割某组合部件中的其中一块板材，它的所述第一板由镍基合金制成，厚度介于...和...之间。
尤其是当所述第一和所述第二板之间的距离小于15mm时问题就出现了。
优选地，所述保护板由铝基合金制成且其厚度介于0.5和1.5之间，比如厚1mm。
已经发现，为了达到有效的保护，在这个例子中，测量出开孔大约长30mm宽2mm，在所述保护板上的所述第三开孔的轮廓与所述第二板上的所述第二开孔的轮廓之间的偏移量必须小于0.5mm，优选范围是0.2mm至0.3mm之间，比如0.25mm。
在这个特定应用中，所述第一和第二板分别是同轴地安装在涡轮机组机壳内的内壳和外壳。更特别的是，在这些壳里的开孔形成了容纳分配器叶片的架。
结合附图现将描述本发明的方法的非限制性的实施例图1是在切割过程中涡轮机组分配器壳体的轴向剖面图；图2是图1的部分的详图；图3是在一个平面上具有开孔的板的局部视图；图4是所述保护的板的局部视图。
具体实施例方式
本发明适于燃气涡轮机引擎的高压分配器壳体的部件。这是固定件被放置在发动机燃烧室的下游，包括用来接收从燃烧室出来的燃烧气体并引导它们流入轴向地设置在分配叶片级的下游的高压涡轮轮子，分配叶片被设置在其端部。在图1中，被制造的壳体1被固定到支撑件S上以便实现各种机加工和组装操作。
这个机壳包括以xx为轴的常见的截头圆锥体的部件3。构成涡轮机定子的各种零件是被焊接到或被加工在部件3上。特别的是，这个机壳替包括两个同轴的壳体5和7，它们之间有为来自燃烧室的燃烧气体准备的以xx为轴的环形通道。这个环形通道在一侧和在截头圆锥体的部件3壁上切割的孔31相通。这个通道在两个壳体的部分51和部分71之间在一定长度上是收敛的，然后成为圆柱形的。后面的部分被两个圆柱形的部分53和73所限定。这两个壳体分别包括横向加劲件55和75。两个圆柱形的部分53和73的自由边53L和73L位于垂直于xx轴线的一个或者同一个平面上。一个HP涡轮轮子被放置在面向所述通道的引擎上，所述轮子用来接收经由那里运输的燃烧气体。分配器叶片被径向地安装在两个圆柱形的部件53和73之间。这些叶片被置入在这两个部件53和73上的孔之间，且径向地成对排列。
根据这里考虑过的应用，从图3中可以看出，各个孔53a和73a具有一个近乎矩形的形状，其长直边趋向于xx轴，并由圆形边连接。
这些壳体被分别焊接到截头圆锥体的部件内表面的57和77处。
这个机壳是通过以下几步进行组装的。首先把外壳7放在机壳上并在77处焊接，然后，依据图3所示的方式用激光切割工具---这里是采用二氧化碳型激光器也可以使用其它类型的，切割孔73a。激光切割头L如图1和2所示。就其本身而论，这可通过已知的方式(未示出)控制和支持。当这个第一步操作完成以后，壳体5被放在机壳上并沿着线57进行焊接。这两个壳体的相对位置是根据引擎加工的要求决定的，这些再定义。
对于一些应用，这两个壳体在53和73之间的半径差小于15mm，实际上大约为4到5mm。为了切割孔53a，切割头L用同样的方法进行操作。
由于两个壳体之间的小的间隙，遇到了前面提到的问题。几何约束----被切割气体溅出的熔化金属来不及冷却，光束没有足够的空间分散和丧失能量密度----冶金约束和与将要切割材料的等级/状态/厚度相关的约束，要求使用聚焦透镜(7.5英寸)，该聚焦透镜在材料出口处具有焦点，因此在光束发散不足和在没有任何保护下激光束熔化冲击的产生的情况下，使它保持高能量密度。
根据本发明，保护装置10被放在在两个壳体5和7之间。该装置是以壳体的形式或者是以板的形式，这取决于部件5和7是壳体还是板。
在本例中，在两个壳体之间的直径差为4.1mm。保护装置10厚为1mm，放置在第一壳体后2.6mm的位置处。
这个保护装置10的作用是为了吸收光束切割完内壳后的残余能量，以保护外壳7的孔和阻止熔化的金属向后溅在内壳上。在切割孔53a的同时，通过提供和孔73a排成行的孔10a达到了这个效果。从图4可以看出这些孔10a是很明显的，从图3中可以看出这些孔10a比孔53a和73a要稍小一些。因此，它们的外轮廓相对于孔73a的外形向内侧偏移，并遮住它们。例如，孔53a和73a的长27.9mm和宽2mm的，保护装置上的孔为长27.4mm和1.5mm宽。在保护装置上的每个孔的外轮廓都要偏移0.25mm±0.05mm。
通过销12将保护装置定位在两个壳体之间，例如，三个插销间隔120°分布于壳体上。
这种方法能够使熔化的金属通过保护装置10上的开孔10a，再经由外壳7上的开孔73a排出。为了保护机壳，在第二壳体后放置保护屏14。
切割完之后，没有观察到激光束的冲击。保护装置内的孔的结构应能容许欲保护的外壳的开孔(在激光束的轨迹上或边缘上没有沉积的熔融金属残留)和吸收了光束的残余能量。此外，要满足冶金规范。热影响区小于0.05mm，没有毛刺现象。
权利要求
1.一种激光切割方法，至少在第一金属板上切割第一开孔，具有第二开孔的第二金属板与所述第一金属板平行且具有一定距离地设置，所述第二开孔的轮廓与将要切割的所述第一开孔的轮廓一致，其中，形成保护装置的板位于所属第一金属板和第二金属板之间，所述保护装置具有确定厚度和第三开孔，所述第三开孔的轮廓相对于所属第二开孔的所述轮廓向内偏移。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一板是由镍基合金制成，厚度介于...和...之间。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其中，所述第一板和所述第二板之间的距离应小于15mm。
4.如前述任一种权利要求所述的方法，其中，形成保护装置的所述板由厚度介于0.5至1.5mm之间的铝基制成。
5.如前述任一种权利要求所述的方法，其中在所述保护装置中的所述第三开孔的轮廓相对于在所述第二板中的所述第二开孔的轮廓之间的偏移量小于0.5mm，最好介于0.2至0.3mm之间，例如0.25mm。
6.如前述任一种权利要求所述的方法，其中，所述第一板和所述第二板分别是轴向地安装在涡轮机组机壳内的内壳和外壳。
7.如前述权利要求所述的方法，其中，在所述壳体内制成的所述开孔形成用于容纳分配器叶片的架。
全文摘要
本发明涉及激光切割方法，至少在第一金属板(5)上切割第一开孔(53a)，与所述第一金属板(5)平行且相距很短的第二金属板上具有第二开孔(73a)。所述第二开孔的轮廓与将要切割的所述第一开孔(53a)的轮廓一致，其中，形成保护装置(10)的板被放置在所述第一和第二板(5和7)之间，所述保护装置具有预定厚度且第三开孔(10a)，所述第三开孔(10a)的轮廓相对于所属第二开孔(73a)的轮廓向内偏移。
文档编号B23K26/18GK101015882SQ200710005010
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月9日
发明者多米尼克·布尔丹, 杰尔姆·马尔提, 蒂埃里·萨尔杜 申请人:斯奈克玛