[发明专利]用于加工板的激光加工喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工板、特别是用于切割厚度大于8mm的不锈钢板的激光加工喷嘴，包括：用于加工气体的供应室和激光射束以及沿着喷嘴纵轴线连接在所述供应室上的相对于所述供应室变窄的嘴部区域。

背景技术

在激光加工、特别是在激光切割板时，在加工过程中将加工气体或切割气体通过激光加工喷嘴供应到加工部位上。所述切割气体在此在机械方面支持切割过程：在加工部位上方在切割时形成压力垫，所述压力垫使得在切割过程中产生的熔体和熔渣从切口中排出。

目前通常使用下述激光加工喷嘴，其具有供应室，所述供应室具有用于激光射束和加工气体的锥形内轮廓。所述供应室的锥形内轮廓过渡为圆柱形的嘴部区域，该嘴部区域的直径等于供应室的面向所述嘴部区域侧上的内轮廓的直径。对于不同的板厚度使用不同的喷嘴直径，其中，经验定律是：板越厚则喷嘴直径越大。较大的喷嘴直径导致较高的质量流，所述较高的质量流是必须的，因为需要将更多材料从切口中排出。

如果材料在加工时仅仅熔融而不燃烧的话(所谓的“熔割”)，则在喷嘴直径大时切割头压力室中的气体压力必须具有最小水平(＞15…25bar)，由此使得加工部位上压力垫中的压力这样地高，使得能够将熔体可靠地排出。

除了上述标准喷嘴之外，公开了大量用于专门目的的喷嘴，例如在US 6423928中描述了例如用于激光器支持的燃烧切割的拉法尔喷嘴或用于切割硅锭的喷嘴，它们在面向工件的一侧具有锥形的开口区域。

通过本申请人的WO 2007 059787公开了一种喷嘴，其具有作为供应区域的内锥体、圆柱形的嘴部区域和连接在嘴部区域上的面向工件的空心室，该空心室具有用于产生紊流的边缘。那里所述的喷嘴适合于切割厚度大于8mm的不锈钢板。在空心室中产生压力垫，所述压力垫使得中央切割气体射束稳定。结果是这导致切割气体射束更好地贴靠在熔体前部上并且由此使熔体连续地排出。明显的是切割棱边的粗糙度明显降低。

但是已经表明，所述喷嘴的优点只有当喷嘴与板之间以小间距(0.3mm＜d＜0.5mm)工作时才能利用。如果所述间距太大，则压力垫太小，以致不足以实现期望的气体动态效果并且将熔体排出。

金属的激光加工喷嘴通常与激光加工机的其余部分(并且从而也与工件：通常是金属板)电绝缘，例如其方式是，所述激光加工喷嘴借助于介电材料、特别是陶瓷固定在激光加工机上。借助于间距调节装置的传感器持久地测量所述系统“喷嘴-板”的电容量。根据电容量的增大可以推断出间距减小。但是在小于0.4mm的间距范围内，公知的间距调节装置不再与公知的激光加工喷嘴足够令人满意地相互作用。所述间距调节装置的传感器求得测量值，所述测量值由间距调节装置评估为激光加工喷嘴与工件的碰撞。此外，所述间距在小值时比例如在1.0mm的情况下被显著更敏感地调节。如果现在导致电磁场的小干扰(例如通过气体等离子体引起)则这导致间距的立即改变。由此明显干扰所述过程的气体动态：熔体排出变差并且可导致切口的撕裂或者导致碰撞通知。因此恰恰在所述间距范围内强制地需要激光加工喷嘴的小的易受干扰性。

发明内容

本发明的任务是，在过程稳定性方面改善用于加工板、特别是用于切割厚度大于8mm的不锈钢板的激光加工喷嘴。

根据本发明，所述任务通过本文开头所述类型的激光加工喷嘴解决，该激光加工喷嘴此外包括：在所述供应室与所述嘴部区域之间形成的用于使加工气体涡旋的台阶以及沿着所述喷嘴纵轴线连接在所述嘴部区域上的相对于所述嘴部区域扩宽的用于排出加工气体的开口区域。

所述开口区域的敞开的内轮廓大致形成流动剖面，所述流动剖面在WO 2007 059787的喷嘴中在层流与紊流之间的界线上出现并且由此预给出加工部位上的公认有利的流动状况。在供应室中，在供应室与嘴部区域之间的台阶上出现涡流，所述涡流用作压力垫并且可以缓冲压力的小改变(所述压力小改变在喷嘴间距改变时出现)。通过这种方式提供了一种用于加工板的激光加工喷嘴，所述激光加工喷嘴即使在激光加工喷嘴与板之间的间距小于0.8mm或0.5mm的情况下也能过程可靠地使用。典型的方式是，在此供应室、嘴部区域和开口区域径向对称地并且相对于喷嘴纵轴线同轴地设置。