一种激光切割或打孔产生的金属挂渣去除方法与流程

本发明涉及激光加工领域，尤其是一种激光切割或打孔产生的金属挂渣去除方法。

背景技术：

金属材料的激光切割或打孔是激光加工领域中的重要方面，其具体过程是用激光束加热使金属材料熔化，当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射处，材料内部开始蒸发，形成孔洞；随着工件移动，这些小孔按切割方向同步横移，就形成一条切口，激光束继续沿着切口的前沿照射，熔化材料持续或脉动的从切口内被吹走。激光熔化切割和打孔主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。在实际应用当中发现，高能量密度的激光束在快速熔融金属时，由于激光的能量分布、辅助气流随着时间的推移而发生了变化，材料温度的变化影响了熔融金属的黏度，或是打孔或切缝宽度的变化使熔融金属的温度或向外排出的动量条件超出了所在值范围，易在激光束入射的背面孔口或切口附近形成金属熔滴迸溅冷却后形成的挂渣，与切割或打孔金属工件牢固地焊在一起。加工单位往往需要花费大量的时间来进行激光挂渣的机械打磨清理，不仅大幅度增加了后处理的成本，也对金属工件的表面质量带来了不利的影响。

针对激光切割或打孔的挂渣问题，人们提出了一些解决挂渣产生的办法，例如调整激光焦点的位置，减小切割速度，加大吹气量，更换喷嘴，调整金属工件的平整度等等，但在实际加工过程中，采用上述办法也很难完全抑制挂渣的产生。鄢锉（激光切割板材切口波纹和挂渣研究综述，现代制造工程，2004，（10）：100）针对激光切割挂渣机理进行了综述，指出由于激光切割过程是一涉及多因素的基于热效应的微小区域的高光束能量和材料的相互作用过程，难于设计和设置在线监测控制仪器，因此激光切割切口挂渣问题并未得到解决。朱鹏程（10mm奥氏体不锈钢光纤激光切割工艺研究，锻压装备与制造技术，2017,52（1）：63）通过改变激光切割工艺参数，能够在一定程度上减小挂渣，但也无法完全消除挂渣的产生。因此，如何在后，高效地去除挂渣而不影响金属工件的表面质量，就成为激光加工领域中重点关注的技术难题，而经检索，还未发现有涉及激光切割或打孔产生的挂渣去除方法的相关专利公开。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种激光切割或打孔产生的金属挂渣去除方法，能对金属挂渣快速去除且不影响工件表面质量。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种激光切割或打孔产生的金属挂渣去除方法，具体包括如下步骤：

（1）将待激光切割或打孔的金属工件背面用丙酮进行擦拭，去除灰尘、油污，然后自然放置10min以上，使丙酮完全挥发；

（2）将水基陶瓷涂料用刷子刷涂或用喷枪喷涂在步骤（1）的金属工件背面，形成涂层，然后用电吹风将涂层吹干；其中水基陶瓷涂料为陶瓷粉体与水进行混合配制的涂料；

（3）将步骤（2）中的金属工件用激光切割或打孔后，在金属工件背面产生的迸溅液滴粘附在步骤（2）中的涂层表面，形成挂渣，待激光加工结束后，将金属工件自然冷却至室温；

（4）将步骤（3）中表面粘附金属挂渣的涂层进行擦洗，金属挂渣与涂层同时被清除，获得背面光洁无挂渣的金属工件，实现激光切割或打孔产生的金属挂渣的去除。

步骤（2）中的配制水基陶瓷涂料的陶瓷粉体为氧化铝、二氧化硅、氧化锆、硅酸锆、六方氮化硼、二氧化钛、氧化锌、煅烧高岭土中的一种或多种。

步骤（2）中的水基陶瓷涂料中至少含有一种水溶性粘结剂。

步骤（2）中的水基陶瓷涂料，与步骤（1）中的金属工件接触后，不发生任何化学反应。

步骤（2）中的水基陶瓷涂料，形成干燥的涂层后，与水接触易发生回溶，便于擦洗干净。

本发明所得到的一种激光切割或打孔产生的金属挂渣去除方法，金属工件在进行激光切割或打孔时，背面所迸溅的金属熔滴粘附在涂层表面，而不是直接接触金属表面，因此避免了挂渣和金属表面的冶金粘连，加工完毕之后，水基陶瓷涂层因具有回溶性，接触清水之后，很容易被抹布擦洗掉，涂层表面粘附的挂渣也随着涂层一起被清除，因此金属工件激光切割或打孔的背面无挂渣附着，省去了挂渣的人工或机械打磨清除工序，大幅度降低了加工成本和劳动量，显著提高了激光切割或打孔的整体效率，而且不影响金属工件的表面质量。

附图说明

图1为未在金属工件背面涂覆涂层的挂渣状态示意图；

图2为在金属工件背面涂覆涂层的挂渣状态示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

本实施例描述的去除k4169镍基高温合金平板的激光切割产生的挂渣的方法，步骤如下：

（1）将待激光切割的厚度为5mm，长度和宽度为300mm和200mm的k4169镍基高温合金平板工件背面用丙酮进行擦拭，去除灰尘、油污，然后自然放置10min以上，使丙酮完全挥发。

（2）选择水基氧化铝陶瓷涂料，将涂料用尼龙刷均匀地刷涂在k4169镍基高温合金平板工件背面，然后将电吹风拨到热风档，将涂层吹干。

（3）选择高压氮气辅助的激光设备来切割k4169镍基高温合金平板工件。

（4）将切割后的k4169镍基高温合金平板工件自然冷却至室温，然后用浸透清水的抹布对涂覆在背面的涂层进行擦洗，使涂层与挂渣同时被擦洗掉，得到具有无挂渣光洁表面的切割工件。

实施例2：

本实施例描述去除304不锈钢曲面板的激光切割产生的挂渣的方法，步骤如下：

（1）将待激光切割的厚度为3.5mm，长度和宽度为2000mm和1800mm的304不锈钢曲面板工件背面用丙酮进行擦拭，去除灰尘、油污，然后自然放置10min以上，使丙酮完全挥发。

（2）选择水基氧化锌与氧化钛复合的陶瓷涂料，将涂料用尼龙刷均匀地刷涂在304不锈钢曲面板工件背面，然后将电吹风拨到热风档，将涂层吹干。

（3）选择高压氮气辅助的激光设备来切割304不锈钢曲面板工件。

（4）将切割后的304不锈钢曲面板工件自然冷却至室温，然后用浸透清水的抹布对涂覆在背面的涂层进行擦洗，使涂层与挂渣同时被擦洗掉，得到具有无挂渣光洁表面的切割工件。

实施例3：

本实施例描述去除tc4钛合金过滤板的激光打孔产生的挂渣，步骤如下：

（1）将待激光打孔的厚度为3mm，长度和宽度为800mm和500mm的tc4钛合金过滤板工件背面用丙酮进行擦拭，去除灰尘、油污，然后自然放置10min以上，使丙酮完全挥发。

（2）选择水基六方氮化硼陶瓷涂料，将涂料用尼龙刷均匀地刷涂在tc4钛合金过滤板工件背面，然后将电吹风拨到热风档，将涂层吹干。

（3）选择高压氮气辅助的激光打孔设备在tc4钛合金过滤板工件上进行打孔。

（4）将打孔后的tc4钛合金过滤板工件自然冷却至室温，然后用浸透清水的抹布对涂覆在背面的涂层进行擦洗，使涂层与挂渣同时被擦洗掉，得到具有无挂渣光洁表面的打孔工件。

通过图1与图2的对比清晰反应了在金属工件背面涂覆涂层与未涂覆涂层时所产生的挂渣状态。