專利名稱：激光切割方法
技術領域：
本發明涉及用激光切割金屬零部件的領域，比如CO2激光器。
背景技術：
為了用加工或切割方法制造一些復雜幾何形的金屬零部件，我們必須發明一種特殊的方法。當制造在渦輪機中滿足特殊規格的驅動流體分配外殼(driving fluiddistribution casing)時就是一個例子，比如一個燃氣輪機引擎。
這個外殼需要考慮的是有一個截頭圓錐體的普通形狀，在朝里的表面上固定了兩個同軸的殼體，這兩個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。這些開孔成對地徑向排列。
由此提出的問題是怎樣在內殼上切開孔。
有幾種想到的技術，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造，并且持續時間引起了高制造成本；-在切割內殼期間，噴水式推進器的使用容易使外殼受到損壞。此外，可以看到精度不夠；和-由于兩個殼體離得太近，沖壓也是很難實現的。
由于它的精度和切割速度激光技術是有利的，但是問題是，當已經穿過內殼體的壁的光束照射被外殼體的壁阻止時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。
在兩個殼體之間配置一個簡單的由抗CO2束波長的金屬制成的保護裝置是不理想的，因為這樣不能避免熔融的金屬濺回到內殼的后表面上。
在這種環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變為液體狀態并被伴隨激光的氣體排出，這將使外殼處于非保護狀態。
因此申請人為此目標開發了一種可更好地解決這個問題的切割方法。
發明內容
根據本發明，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，形成保護裝置的板位于所述第一板和所述第二板之間，所述保護裝置具有確定厚度和第三開孔，所述第三開孔的輪廓相對于所述第二開孔的輪廓向內偏移。
對于本發明，消除了熔融金屬的回濺，這是因為這些回濺金屬被通過所述保護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域的范圍，應小于0.05mm。
這個工藝尤其應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。
尤其是當所述第一和所述第二板之間的距離小于15mm時問題就出現了。
優選地，所述保護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。
已經發現，為了達到有效的保護，在這個例子中，測量出開孔大約長30mm寬2mm，在所述保護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，優選范圍是0.2mm至0.3mm之間，比如0.25mm。
在這個特定應用中，所述第一和第二板分別是同軸地安裝在渦輪機組機殼內的內殼和外殼。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。
結合附圖現將描述本發明的方法的非限制性的實施例圖1是在切割過程中渦輪機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是在一個平面上具有開孔的板的局部視圖；圖4是所述保護的板的局部視圖。
具體實施例方式
本發明適于燃氣渦輪機引擎的高壓分配器殼體的部件。這是固定件被放置在發動機燃燒室的下游，包括用來接收從燃燒室出來的燃燒氣體并引導它們流入軸向地設置在分配葉片級的下游的高壓渦輪輪子，分配葉片被設置在其端部。在圖1中，被制造的殼體1被固定到支撐件S上以便實現各種機加工和組裝操作。
這個機殼包括以xx為軸的常見的截頭圓錐體的部件3。構成渦輪機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，這個機殼替包括兩個同軸的殼體5和7，它們之間有為來自燃燒室的燃燒氣體準備的以xx為軸的環形通道。這個環形通道在一側和在截頭圓錐體的部件3壁上切割的孔31相通。這個通道在兩個殼體的部分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。后面的部分被兩個圓柱形的部分53和73所限定。這兩個殼體分別包括橫向加勁件55和75。兩個圓柱形的部分53和73的自由邊53L和73L位于垂直于xx軸線的一個或者同一個平面上。一個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由那里運輸的燃燒氣體。分配器葉片被徑向地安裝在兩個圓柱形的部件53和73之間。這些葉片被置入在這兩個部件53和73上的孔之間，且徑向地成對排列。
根據這里考慮過的應用，從圖3中可以看出，各個孔53a和73a具有一個近乎矩形的形狀，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表面的57和77處。
這個機殼是通過以下幾步進行組裝的。首先把外殼7放在機殼上并在77處焊接，然后，依據圖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。當這個第一步操作完成以后，殼體5被放在機殼上并沿著線57進行焊接。這兩個殼體的相對位置是根據引擎加工的要求決定的，這些再定義。
對于一些應用，這兩個殼體在53和73之間的半徑差小于15mm，實際上大約為4到5mm。為了切割孔53a，切割頭L用同樣的方法進行操作。
由于兩個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/狀態/厚度相關的約束，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，因此在光束發散不足和在沒有任何保護下激光束熔化沖擊的產生的情況下，使它保持高能量密度。
根據本發明，保護裝置10被放在在兩個殼體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，在兩個殼體之間的直徑差為4.1mm。保護裝置10厚為1mm，放置在第一殼體后2.6mm的位置處。
這個保護裝置10的作用是為了吸收光束切割完內殼后的殘余能量，以保護外殼7的孔和阻止熔化的金屬向后濺在內殼上。在切割孔53a的同時，通過提供和孔73a排成行的孔10a達到了這個效果。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，它們的外輪廓相對于孔73a的外形向內側偏移，并遮住它們。例如，孔53a和73a的長27.9mm和寬2mm的，保護裝置上的孔為長27.4mm和1.5mm寬。在保護裝置上的每個孔的外輪廓都要偏移0.25mm±0.05mm。
通過銷12將保護裝置定位在兩個殼體之間，例如，三個插銷間隔120°分布于殼體上。
這種方法能夠使熔化的金屬通過保護裝置10上的開孔10a，再經由外殼7上的開孔73a排出。為了保護機殼，在第二殼體后放置保護屏14。
切割完之后，沒有觀察到激光束的沖擊。保護裝置內的孔的結構應能容許欲保護的外殼的開孔(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，要滿足冶金規范。熱影響區小于0.05mm，沒有毛刺現象。
權利要求
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，所述保護裝置具有確定厚度和第三開孔，所述第三開孔的輪廓相對于所屬第二開孔的所述輪廓向內偏移。
2.如權利要求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小于15mm。
4.如前述任一種權利要求所述的方法，其中，形成保護裝置的所述板由厚度介于0.5至1.5mm之間的鋁基制成。
5.如前述任一種權利要求所述的方法，其中在所述保護裝置中的所述第三開孔的輪廓相對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組機殼內的內殼和外殼。
7.如前述權利要求所述的方法，其中，在所述殼體內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，所述保護裝置具有預定厚度且第三開孔(10a)，所述第三開孔(10a)的輪廓相對于所屬第二開孔(73a)的輪廓向內偏移。
文檔編號B23K26/18GK101015882SQ200710005010
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優先權日2006年2月9日
發明者多米尼克·布爾丹, 杰爾姆·馬爾提, 蒂埃里·薩爾杜 申請人:斯奈克瑪