專利名稱：激光切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用激光切割金屬零部件的領(lǐng)域，比如CO2激光器。
背景技術(shù)：
為了用加工或切割方法制造一些復(fù)雜幾何形的金屬零部件，我們必須發(fā)明一種特殊的方法。當(dāng)制造在渦輪機(jī)中滿足特殊規(guī)格的驅(qū)動(dòng)流體分配外殼(driving fluiddistribution casing)時(shí)就是一個(gè)例子，比如一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)引擎。
這個(gè)外殼需要考慮的是有一個(gè)截頭圓錐體的普通形狀，在朝里的表面上固定了兩個(gè)同軸的殼體，這兩個(gè)殼體的直徑稍有不同。一方面在外殼體的自由邊附近切有開孔，并且另一邊的內(nèi)殼里容許一些靜止流體分配葉片(stationary fluid distributionvanes)固定在其中。這些開孔成對(duì)地徑向排列。
由此提出的問題是怎樣在內(nèi)殼上切開孔。
有幾種想到的技術(shù)，但它們都存在著不足之處-例如，EDM方法很長且部件制造成本高。再者，冶金問題引起了需要必要的再處理；-EDM線切割，由于它的空間需求，不適合于部件的幾何構(gòu)造，并且持續(xù)時(shí)間引起了高制造成本；-在切割內(nèi)殼期間，噴水式推進(jìn)器的使用容易使外殼受到損壞。此外，可以看到精度不夠；和-由于兩個(gè)殼體離得太近，沖壓也是很難實(shí)現(xiàn)的。
由于它的精度和切割速度激光技術(shù)是有利的，但是問題是，當(dāng)已經(jīng)穿過內(nèi)殼體的壁的光束照射被外殼體的壁阻止時(shí)如何防止外殼體不被損壞。外殼將在激光束沖擊和熔化金屬飛濺的雙重作用下被損壞。
在兩個(gè)殼體之間配置一個(gè)簡單的由抗CO2束波長的金屬制成的保護(hù)裝置是不理想的，因?yàn)檫@樣不能避免熔融的金屬濺回到內(nèi)殼的后表面上。
在這種環(huán)境下用石臘也是不令人滿意的，這是由于它能很快由固體狀態(tài)變?yōu)橐后w狀態(tài)并被伴隨激光的氣體排出，這將使外殼處于非保護(hù)狀態(tài)。
因此申請(qǐng)人為此目標(biāo)開發(fā)了一種可更好地解決這個(gè)問題的切割方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，用于激光切割方法，至少在第一金屬板上切割第一開孔，在與所述第一板平行且相距很短的第二金屬板上具有第二開孔，所述第二開孔的輪廓與將要切割的所述第一開孔的輪廓一致，值得注意的是，形成保護(hù)裝置的板位于所述第一板和所述第二板之間，所述保護(hù)裝置具有確定厚度和第三開孔，所述第三開孔的輪廓相對(duì)于所述第二開孔的輪廓向內(nèi)偏移。
對(duì)于本發(fā)明，消除了熔融金屬的回濺，這是因?yàn)檫@些回濺金屬被通過所述保護(hù)板和所述第二板上的開孔除去，此外，激光束被阻擋了并且殘留能量被所述保護(hù)層吸收了。也可觀察到在光束出口的非芒刺切口。這種方法還減小了受高溫影響的區(qū)域的范圍，應(yīng)小于0.05mm。
這個(gè)工藝尤其應(yīng)用在切割某組合部件中的其中一塊板材，它的所述第一板由鎳基合金制成，厚度介于...和...之間。
尤其是當(dāng)所述第一和所述第二板之間的距離小于15mm時(shí)問題就出現(xiàn)了。
優(yōu)選地，所述保護(hù)板由鋁基合金制成且其厚度介于0.5和1.5之間，比如厚1mm。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到有效的保護(hù)，在這個(gè)例子中，測量出開孔大約長30mm寬2mm，在所述保護(hù)板上的所述第三開孔的輪廓與所述第二板上的所述第二開孔的輪廓之間的偏移量必須小于0.5mm，優(yōu)選范圍是0.2mm至0.3mm之間，比如0.25mm。
在這個(gè)特定應(yīng)用中，所述第一和第二板分別是同軸地安裝在渦輪機(jī)組機(jī)殼內(nèi)的內(nèi)殼和外殼。更特別的是，在這些殼里的開孔形成了容納分配器葉片的架。


結(jié)合附圖現(xiàn)將描述本發(fā)明的方法的非限制性的實(shí)施例圖1是在切割過程中渦輪機(jī)組分配器殼體的軸向剖面圖；圖2是圖1的部分的詳圖；圖3是在一個(gè)平面上具有開孔的板的局部視圖；圖4是所述保護(hù)的板的局部視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適于燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎的高壓分配器殼體的部件。這是固定件被放置在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的下游，包括用來接收從燃燒室出來的燃燒氣體并引導(dǎo)它們流入軸向地設(shè)置在分配葉片級(jí)的下游的高壓渦輪輪子，分配葉片被設(shè)置在其端部。在圖1中，被制造的殼體1被固定到支撐件S上以便實(shí)現(xiàn)各種機(jī)加工和組裝操作。
這個(gè)機(jī)殼包括以xx為軸的常見的截頭圓錐體的部件3。構(gòu)成渦輪機(jī)定子的各種零件是被焊接到或被加工在部件3上。特別的是，這個(gè)機(jī)殼替包括兩個(gè)同軸的殼體5和7，它們之間有為來自燃燒室的燃燒氣體準(zhǔn)備的以xx為軸的環(huán)形通道。這個(gè)環(huán)形通道在一側(cè)和在截頭圓錐體的部件3壁上切割的孔31相通。這個(gè)通道在兩個(gè)殼體的部分51和部分71之間在一定長度上是收斂的，然后成為圓柱形的。后面的部分被兩個(gè)圓柱形的部分53和73所限定。這兩個(gè)殼體分別包括橫向加勁件55和75。兩個(gè)圓柱形的部分53和73的自由邊53L和73L位于垂直于xx軸線的一個(gè)或者同一個(gè)平面上。一個(gè)HP渦輪輪子被放置在面向所述通道的引擎上，所述輪子用來接收經(jīng)由那里運(yùn)輸?shù)娜紵龤怏w。分配器葉片被徑向地安裝在兩個(gè)圓柱形的部件53和73之間。這些葉片被置入在這兩個(gè)部件53和73上的孔之間，且徑向地成對(duì)排列。
根據(jù)這里考慮過的應(yīng)用，從圖3中可以看出，各個(gè)孔53a和73a具有一個(gè)近乎矩形的形狀，其長直邊趨向于xx軸，并由圓形邊連接。
這些殼體被分別焊接到截頭圓錐體的部件內(nèi)表面的57和77處。
這個(gè)機(jī)殼是通過以下幾步進(jìn)行組裝的。首先把外殼7放在機(jī)殼上并在77處焊接，然后，依據(jù)圖3所示的方式用激光切割工具---這里是采用二氧化碳型激光器也可以使用其它類型的，切割孔73a。激光切割頭L如圖1和2所示。就其本身而論，這可通過已知的方式(未示出)控制和支持。當(dāng)這個(gè)第一步操作完成以后，殼體5被放在機(jī)殼上并沿著線57進(jìn)行焊接。這兩個(gè)殼體的相對(duì)位置是根據(jù)引擎加工的要求決定的，這些再定義。
對(duì)于一些應(yīng)用，這兩個(gè)殼體在53和73之間的半徑差小于15mm，實(shí)際上大約為4到5mm。為了切割孔53a，切割頭L用同樣的方法進(jìn)行操作。
由于兩個(gè)殼體之間的小的間隙，遇到了前面提到的問題。幾何約束----被切割氣體濺出的熔化金屬來不及冷卻，光束沒有足夠的空間分散和喪失能量密度----冶金約束和與將要切割材料的等級(jí)/狀態(tài)/厚度相關(guān)的約束，要求使用聚焦透鏡(7.5英寸)，該聚焦透鏡在材料出口處具有焦點(diǎn)，因此在光束發(fā)散不足和在沒有任何保護(hù)下激光束熔化沖擊的產(chǎn)生的情況下，使它保持高能量密度。
根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)裝置10被放在在兩個(gè)殼體5和7之間。該裝置是以殼體的形式或者是以板的形式，這取決于部件5和7是殼體還是板。
在本例中，在兩個(gè)殼體之間的直徑差為4.1mm。保護(hù)裝置10厚為1mm，放置在第一殼體后2.6mm的位置處。
這個(gè)保護(hù)裝置10的作用是為了吸收光束切割完內(nèi)殼后的殘余能量，以保護(hù)外殼7的孔和阻止熔化的金屬向后濺在內(nèi)殼上。在切割孔53a的同時(shí)，通過提供和孔73a排成行的孔10a達(dá)到了這個(gè)效果。從圖4可以看出這些孔10a是很明顯的，從圖3中可以看出這些孔10a比孔53a和73a要稍小一些。因此，它們的外輪廓相對(duì)于孔73a的外形向內(nèi)側(cè)偏移，并遮住它們。例如，孔53a和73a的長27.9mm和寬2mm的，保護(hù)裝置上的孔為長27.4mm和1.5mm寬。在保護(hù)裝置上的每個(gè)孔的外輪廓都要偏移0.25mm±0.05mm。
通過銷12將保護(hù)裝置定位在兩個(gè)殼體之間，例如，三個(gè)插銷間隔120°分布于殼體上。
這種方法能夠使熔化的金屬通過保護(hù)裝置10上的開孔10a，再經(jīng)由外殼7上的開孔73a排出。為了保護(hù)機(jī)殼，在第二殼體后放置保護(hù)屏14。
切割完之后，沒有觀察到激光束的沖擊。保護(hù)裝置內(nèi)的孔的結(jié)構(gòu)應(yīng)能容許欲保護(hù)的外殼的開孔(在激光束的軌跡上或邊緣上沒有沉積的熔融金屬殘留)和吸收了光束的殘余能量。此外，要滿足冶金規(guī)范。熱影響區(qū)小于0.05mm，沒有毛刺現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種激光切割方法，至少在第一金屬板上切割第一開孔，具有第二開孔的第二金屬板與所述第一金屬板平行且具有一定距離地設(shè)置，所述第二開孔的輪廓與將要切割的所述第一開孔的輪廓一致，其中，形成保護(hù)裝置的板位于所屬第一金屬板和第二金屬板之間，所述保護(hù)裝置具有確定厚度和第三開孔，所述第三開孔的輪廓相對(duì)于所屬第二開孔的所述輪廓向內(nèi)偏移。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一板是由鎳基合金制成，厚度介于...和...之間。
3.如權(quán)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間的距離應(yīng)小于15mm。
4.如前述任一種權(quán)利要求所述的方法，其中，形成保護(hù)裝置的所述板由厚度介于0.5至1.5mm之間的鋁基制成。
5.如前述任一種權(quán)利要求所述的方法，其中在所述保護(hù)裝置中的所述第三開孔的輪廓相對(duì)于在所述第二板中的所述第二開孔的輪廓之間的偏移量小于0.5mm，最好介于0.2至0.3mm之間，例如0.25mm。
6.如前述任一種權(quán)利要求所述的方法，其中，所述第一板和所述第二板分別是軸向地安裝在渦輪機(jī)組機(jī)殼內(nèi)的內(nèi)殼和外殼。
7.如前述權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述殼體內(nèi)制成的所述開孔形成用于容納分配器葉片的架。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光切割方法，至少在第一金屬板(5)上切割第一開孔(53a)，與所述第一金屬板(5)平行且相距很短的第二金屬板上具有第二開孔(73a)。所述第二開孔的輪廓與將要切割的所述第一開孔(53a)的輪廓一致，其中，形成保護(hù)裝置(10)的板被放置在所述第一和第二板(5和7)之間，所述保護(hù)裝置具有預(yù)定厚度且第三開孔(10a)，所述第三開孔(10a)的輪廓相對(duì)于所屬第二開孔(73a)的輪廓向內(nèi)偏移。
文檔編號(hào)B23K26/18GK101015882SQ200710005010
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者多米尼克·布爾丹, 杰爾姆·馬爾提, 蒂埃里·薩爾杜 申請(qǐng)人:斯奈克瑪