EA004167B1 - Method for glass cutting - Google Patents

Abstract

1. A method for cutting glass by a laser beam, the glass is opaque for the beam, the method comprising treating the separation line by a concentrated laser beam with a subsequent applying a heat source on the separation line, characterized in that a defocused laser beam is used as the heat source. 2. The method according to claim 1, characterized in that at the initial step of treating the glass surface along the separation line by the concentrated beam with a temperature higher than the initial glass softening temperature, a concave or convex zone relative to the glass surface is created close by its width to the laser beam diameter with residual tensile stresses in the near-the-surface layers. 3. The method according to claim 2, characterized by further treating the glass by a defocused laser beam at a glass temperature lower the initial glass softening temperature thus creating additional tensile stresses, which exceed the summed glass strength parameters and cause forming cracks in glass.

Description

Translated fromRussian

Предполагаемое изобретение относится к способу резки стекла лазерным лучом и может быть использовано в стекольной, электронной, авиационной и других отраслях народного хозяйства.The alleged invention relates to a method for cutting glass with a laser beam and can be used in glass, electronic, aviation and other sectors of the economy.

Известен способ резки стекла путем нагрева линии реза лазерным лучом и раскалывания стеклянных пластин по линии реза (1), причем осуществляют дополнительный нагрев линии реза путем многократного пропускания через пластину отраженного от подложки луча лазера.A known method of cutting glass by heating the cut line with a laser beam and splitting the glass plates along the cut line (1), moreover, the cutting line is additionally heated by repeatedly passing the laser beam reflected from the substrate through the plate.

Недостатком данного способа является невозможность получения раскола больших размеров листового стекла по заданной фигурной линии разделения, так как раскол с применением зеркал может осуществляться только по прямым линиям.The disadvantage of this method is the inability to split large sizes of sheet glass along a given curved line of separation, since the split using mirrors can only be carried out in straight lines.

Ближайшим прототипом изобретения является способ резки полых стеклоизделий (2), при котором стеклоизделие вращают и линию реза облучают сфокусированным на поверхности изделия лазерным лучом определенной мощности, создавая по линии требуемого реза нагрев стекла. При этом нагрев осуществляют при разных числах оборотов, начиная с малого числа оборотов Ч₁, обеспечивая нагрев в точке фокуса до температуры испарения Т_исп, образовывая по линии раздела канавку. Затем увеличивают число оборотов до Ч₂, обеспечивая накопление тепла в зоне канавки, и при достижении определенной температуры Т_нагр = Т_исп. возникают термонапряжения, приводящие к терморасколу по линии раздела.The closest prototype of the invention is a method for cutting hollow glassware (2), in which the glassware is rotated and the cut line is irradiated with a laser beam of a certain power focused on the surface of the product, creating glass heating along the line of the required cut. When this heating is carried out at different speeds, starting from a small number of revolutions Ч₁ , providing heating at the focal point to the evaporation temperature T_isp , forming a groove along the dividing line. Then increase the number of revolutions to Ch₂ , ensuring the accumulation of heat in the groove zone, and when a certain temperature is reached, T_load = T_isp . thermal stresses occur, leading to thermal splitting along the dividing line.

Недостатком способа является ограниченное применение (для разрезания стеклянных трубок, ампул), в частности, он не может быть использован для раскроя листового стекла, т.к. в этом случае из-за практического ограничения скорости взаимного перемещения луча и стекла не удается получить прирост тепла после возврата луча в точку начала нагрева.The disadvantage of this method is the limited use (for cutting glass tubes, ampoules), in particular, it cannot be used for cutting sheet glass, because in this case, due to the practical limitation of the speed of the mutual movement of the beam and glass, it is not possible to obtain an increase in heat after the beam returns to the point where the heating begins.

Сущность предлагаемого способа резки стекла заключается в том, что при первоначальном воздействии сфокусированным лучом создают в стекле температуру выше температуры начала размягчения и вызывают появление в сечении вогнутой или выпуклой относительно поверхностей изделия полосы, близкой по ширине к диаметру лазерного луча и имеющей остаточные растягивающие напряжения в близповерхностных слоях. При последующем воздействии расфокусированным лучом при температуре стекла ниже температуры начала размягчения создают дополнительные растягивающие напряжения, которые суммарно превышают прочностные параметры стекла и вызывают образование трещины.The essence of the proposed method of cutting glass is that upon initial exposure to a focused beam create a temperature in the glass above the softening temperature and cause a strip to appear in the section concave or convex relative to the surface of the product, close in width to the diameter of the laser beam and having residual tensile stresses in the near-surface layers. With the subsequent exposure to a defocused beam at a glass temperature below the temperature of the onset of softening, additional tensile stresses are created that in total exceed the strength parameters of the glass and cause cracking.

Ниже предлагаемый способ иллюстрируется конкретными примерами.Below the proposed method is illustrated by specific examples.

Пример 1.Example 1

В качестве листового стекла использовалось флоат-стекло толщиной 3 мм. Для резки стекла размером 300 мм применялся СО₂-лазер ИГЛ-709 мощностью 60 Вт. Скорость относительного перемещения стекла относительно луча составляла 2 м/мин. Диаметр лазерного луча составлял 2,5+3.0 мм при первичном сфокусированном воздействии. При этом на поверхности стекла в зоне воздействия образовывались при температуре 770°С линии нагрева шириной, близкой к размеру диаметра лазерного луча, т.е. 2,5+3,0мм. Затем, через 5-6 с, производилось вторичное воздействие расфокусированным лучом диаметром 10 мм с той же скоростью. При этом температура на поверхности стекла не превышала 450-500°С. Образовавшаяся в начале вторичного воздействия сквозная трещина следовала за ходом прохождения лазерного луча.3 mm thick float glass was used as sheet glass. Glass cutting size of 300 mm was used CO₂ laser IGL-709 60W. The relative velocity of the glass relative to the beam was 2 m / min. The diameter of the laser beam was 2.5 + 3.0 mm with primary focused exposure. In this case, heating lines with a width close to the size of the diameter of the laser beam were formed at a temperature of 770 ° С on the glass surface in the zone of influence, i.e. 2.5 + 3.0mm. Then, after 5-6 s, a secondary exposure was performed with a defocused beam with a diameter of 10 mm at the same speed. The temperature on the glass surface did not exceed 450-500 ° C. A through crack formed at the beginning of the secondary action followed the passage of the laser beam.

Пример 2.Example 2

Этот же метод использовался при резке листового стекла толщиной 1,2 мм. При этом скорость перемещения стекла и луча относительно друг друга при первичном воздействии составляла 5 м/мин; при воздействии сфокусированным лучом диаметром 3-4 мм через 2-3 с скорость сохранялась.The same method was used when cutting sheet glass with a thickness of 1.2 mm. The speed of movement of the glass and the beam relative to each other during the initial exposure was 5 m / min; when exposed to a focused beam with a diameter of 3-4 mm after 2-3 seconds, the speed was maintained.

Достигнутый положительный эффект заключается в том, что таким способом можно осуществлять разделение весьма тонкого (0,2-0,5 мм) листового стекла.The achieved positive effect is that in this way it is possible to separate very thin (0.2-0.5 mm) sheet glass.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Авт. свид. СССР № 690809, С03В 33/09, 1979 г.1. Auth. testimonial. USSR No. 690809, С03В 33/09, 1979

2. Патент России № 2015118, С03В 33/00, 1994 г.2. Russian Patent No. 2015118, С03В 33/00, 1994.

Claims (3)

Translated fromRussian

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM1. Способ резки стекла путем воздействия на поверхность лучом лазера, причем стекло является непрозрачным для луча, включающий воздействие по линии разделения сфокусированным на поверхность стеклянного изделия лазерным лучом с последующим воздействием источника тепла по линии разделения, отличающийся тем, что в качестве источника тепла используют расфокусированный лазерный луч.1. The method of cutting glass by exposing the surface to a laser beam, the glass being opaque to the beam, including an impact along the separation line focused on the surface of the glass product with a laser beam followed by a heat source along the separation line, characterized in that the defocused source is used laser ray.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при первоначальном воздействии сфокусированным на поверхность стекла лучом по линии разделения при температуре выше температуры начала размягчения создают в сечении вогнутую или выпуклую относительно поверхностей изделия полосу, близкую по ширине к диаметру лазерного луча с остаточными растягивающими напряжениями в близповерхностных слоях.2. The method according to claim 1, characterized in that, upon initial exposure, a beam focused on the glass surface along a separation line at a temperature above the softening start temperature creates in the cross section a concave or convex strip relative to the product surfaces that is close in width to the diameter of the laser beam with residual tensile stresses in the near-surface layers.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при последующем воздействии расфокусированным лучом лазера при температуре стекла ниже температуры начала размягчения создают дополнительные растягивающие напряжения, которые суммарно превышают прочностные параметры стекла и вызывают образование трещины.3. The method according to claim 1, characterized in that upon subsequent exposure to a defocused laser beam at a glass temperature below the softening start temperature, additional tensile stresses are created, which total exceed the glass strength parameters and cause the formation of cracks.