对钢进行激光切割的方法与流程

文档序号:26100795发布日期:2021-07-30 18:11阅读:317来源:国知局
本发明涉及对软/低合金钢进行激光切割的方法,并且更特别地涉及对适合于激光切割的软/低合金钢进行切割的方法。具体地,本发明涉及用于以改善的切割品质对适合于激光切割的软/低合金钢进行激光切割的方法。
背景技术
:激光切割和激光精细切割适用于其中复杂轮廓需要精确、快速和未施力(force-free)加工的不同种类的材料。激光产生窄的切口(通过切割形成的狭缝)并因此实现高精度切割。因为组件仅经受很少的热量输入并且通常都可以无熔渣而切割,因此该方法导致最低限度的变形,并且在许多情况下都不需要后处理。几乎所有种类的金属都可以被激光切割:软钢、不锈钢和铝是最常见的应用。其他激光切割部件由木材、塑料、玻璃和陶瓷制成。与如模切(diecutting)的替代技术相比,激光切割对于小批量生产已经具有成本效益。激光切割的大益处是局部激光能量输入提供小的焦点直径、小的切口宽度和高进给率。基本上,用激光切割金属通过在聚焦的激光的焦点中将材料局部加热到其熔点以上而发生。在碳钢和低合金钢的情况下,与激光束同轴的氧气射流用作辅助气体,并且氧气与钢的放热反应显著地有助于切割作用。通过与激光束同轴定向的气流而喷射产生的熔融/氧化材料,使得形成切口。特别地,对于低合金(软)钢,氧气通常用作切割气体。如在“钢(材料问题)的co2激光束切割”,muralimanohar,journaloflaserapplications18,101(2006)中所述,通常需要最低水平的残留元素例如cu、ni和cr以在厚(20mm至25mm)板中获得清洁且一致的激光切割品质。此外,由于需要最低水平的残留元素以在轧制状态和喷砂状态两者中确保良好的激光切割,因此可以通过简单的“激光准备参数”(laserreadinessparameter,lrp)(其被定义为lrp=%cu+%ni+%cr)来量化钢对于激光切割的适宜性。它还陈述了氧化皮粘附和氧化皮密度随着lrp的增加而增加,以及后者在lrp值约为0.45%至0.5%处达到平衡。manohar发现在氧化皮-钢界面处存在富cu-ni层,并且富集程度随cu和ni的增加而增加。manohar似乎指出可接受激光的待用钢必须具有大量的cu和ni,并且cr可能较少重要。即,manohar确定“发现含有cu和ni的钢比不含这些元素的钢更好的被切割。然而,与轧制和喷砂轧制板(millplate)的结果相反,发现即使当存在cu和ni时,cr也会使实验板的切割品质劣化。”这表明在切割期间由cu和ni所起的作用可能与由cr所起的作用不同。manohar接着提出了仅取决于cu和ni且较少取决于cr的切割机制。在简要讨论32mm厚的不含ni和cu(包含0.84的cr)的软钢板的激光切割品质时,manohar建议可以使用0.3至0.35cr和刚好足够的ni和cu以使lrp达到0.45来制造较低成本的软钢。未提供关于这样的钢的数据。本领域中需要以改善的切割品质对激光待用的软/低合金钢进行激光切割的方法。技术实现要素:本发明是对改善的可激光切割的钢进行激光切割的方法。所述方法包括以下步骤:提供钢切割激光器,以及提供可激光切割的钢合金片/板。所述钢合金片/板的组成以重量%计包含:c:0.01至0.29;mn:0.50至1.35;p:最多0.04;s:最多0.05;si:最多0.40;cr:0.5至0.75,以及剩余部分为铁和杂质,所述钢合金不含有意添加的cu和ni并且包含总累积量小于0.05%的cu和ni。所述方法包括将来自所述钢切割激光器的激光束引导至可激光切割的钢合金片/板并用所述激光束对所述可激光切割的钢合金片/板进行切割的进一步的步骤。本发明的方法对具有以下宽组成范围的钢进行切割:c:0.01至0.29;mn:0.50至1.35;p:最多0.04;s:最多0.05;si:最多0.40,(优选对于较厚的板,si:0.15至0.40);cr:0.5至0.75;以及剩余部分为铁和杂质。此外,本发明的方法包括不含有意添加的cu和ni的合金。即,该合金可以仅包含残留水平的cu和ni,不会更高。在本发明的方法中,cu和ni的最大累积量(以重量%计)为使得:cu+ni≤0.05%。在所述方法的优选实施方案中,cu和ni的最大累积总量低于0.02%。优选地,本发明方法的合金具有以下以重量%计的组成:c:0.10至0.25;mn:0.8至1.2;si:最多0.15;以及cr:0.55至0.75。最优选地,本发明方法的合金具有以下以重量%计的组成:c:0.12至0.23;mn:0.8至1.05;si:0.02至0.14;以及cr:0.55至0.72。具体实施方式一种通常通过激光来进行切割的软钢为用于结构应用的astma36型钢。a36软钢板的组成规格以重量%计为:c:最多0.29;mn:0.80至1.20;p:最多0.04;s:最多0.05;si:最多0.40,(优选对于较厚的板0.15至0.40)。所述钢必须具有250mpa的最小屈服强度。另一种可以通过激光来进行切割的钢为astma572型钢。a572的组成规格以重量%计为:c:最多0.26;mn:0.50至1.35;p:最多0.04;s:最多0.05;si:最多0.40,(优选对于较厚的板0.15至0.40)。所述钢必须具有290mpa的最小屈服强度。本发明是用于对这样的a36和a572钢的改善的可激光切割版本进行激光切割的方法。本发明的方法包括提供钢切割激光器,以及提供具有以下宽的组成范围的钢片或钢板:c:0.01至0.29;mn:0.50至1.35;p:最多0.04;s:最多0.05;si:最多0.40,(优选对于较厚的板,si:0.15至0.40);cr:0.5至0.75;以及剩余部分为铁和杂质。所述方法还包括将来自钢切割激光器的激光束引导至可激光切割的钢合金片/板并用激光束对可激光切割的钢合金片/板进行切割的步骤。此外,本发明的方法可以提供不含有意添加的cu和ni的合金。即,该合金可以仅包含残留水平的cu和ni,不会更高。在本发明的方法中,钢包含cu和ni的最大累积量(以重量%计)使得:cu+ni≤0.05%。在一个优选实施方案中,cu和ni的最大累积量低于0.02%。优选地,本发明方法的合金具有以下以重量%计的组成:c:0.10至0.25;mn:0.8至1.2;si:最多0.15;以及cr:0.55至0.75。最优选地,本发明方法的合金具有以下以重量%计的组成:c:0.12至0.23;mn:0.8至1.05;si:0.02至0.14;以及cr:0.55至0.72。可用于本发明方法的可激光切割的钢的实例示于表1中。给出以重量%计的组成。cu和ni仅以残留的量存在。表1熔炼炉号cmnpssicrnicu10.2310.020.010.030.590.010.0120.190.840.020.010.020.560.020.0230.221.020.010.010.020.570.010.0140.20.860.010.010.020.550.010.0150.120.950.0070.0050.1380.720.020.03表2公开了三种现有技术(可商购)激光切割钢比较样品以重量%计的组成。可以看出,与本发明的钢相比,现有技术钢具有有意添加的cu和ni的量和显著较低的cr的含量。表2样品cmnsipsnimocrcuc10.150.950.1310.0110.0060.210.0060.090.244c20.1550.7880.0510.0080.0050.1360.0360.0480.275c30.1551.1660.0280.0280.0040.1270.0370.1070.275对用于本发明的方法和比较例的合金板(25.5mm和19mm)的激光切割性能进行测试。在热轧条件和热轧/喷砂条件二者下,测试切割性能。在轧制、喷砂和酸洗&涂油条件下,还对厚达25mm厚的组成范围内的热轧卷材进行测试。激光切割试验表明,本发明的钢板和卷材的激光切割品质优于比较的现有技术激光待用钢板。当前第1页12
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