[发明专利]具有外部可动元件的激光喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于激光束切割的激光喷嘴，它具有可动元件并且工业实现更为容易，该可动元件包括使得切割气体能在切缝聚集的裙部。

背景技术

激光束切割需要通常由铜制成的喷嘴的使用，该喷嘴引导气体并允许激光束通过。气体和激光沿着穿过喷嘴主体的轴向通道传播远至待切割部分。这些喷嘴典型的输出孔口直径在0.5至3mm之间，用于在0.6至2mm之间的工作距离。

为了实现切割，需要在聚焦头使用通常为数巴的高压，用以保证气体渗透至切缝和从熔融金属中流出。

然而，所使用的气体的很大比例—通常为50％至90％之间—没有参与切割过程，也就是从熔融金属中排出，因为其流失至切缝的旁边。

气体的流失是由于喷嘴出口流动横截面面积与焦点尺寸的巨大差异。因而，作为示例，输出孔口直径为1.5mm的喷嘴流动横截面面积为激光束穿过该喷嘴所形成的焦点横截面面积的25倍。

但是，如果渗透至切缝的气体量不足，可能会观察到出现切割缺陷，特别是附着毛刺和/或氧化痕迹。

通过减少喷嘴输出孔口的直径来解决这个问题的努力并不理想，因为这样有激光束穿透和损坏喷嘴内部的风险。减少喷嘴输出孔口的直径还降低了切割质量和/或性能。

还有更多数量的文件提出各种解决方案以企图激励气体渗透至切缝，例如文件EP-A-1669159，JP-A-62006790，JP-A-61037393，JP-A-63108992，JP-A-63040695，US-A-4,031,351，US 3,383,491，DE 198 53 765 C1和JP-A-2003-260582。

然而，这些解决方案中无一是完全理想的，因为它们或者具有实施起来复杂的结构，相对于传统喷嘴过分笨重，和/或有限的效率。

文件US 3,383,491特别公开了具有可动元件的激光切割喷嘴，该可动元件的末端通过弹簧压在待切割部分的表面，用以激励进入切缝的切割气体的喷射。文件DE 198 53 765 C1也描述了具有类似功能的弹簧。

这种解决方案带来了一系列问题。一方面，弹簧沿着板材方向施加的作用力导致可动元件在待切割板材上施加显著的力。因而存在板材变形、刮擦或者甚至被可动元件拖拽的风险，通常板材简单放置于切割机的工作台上。另一方面，该装置实施复杂并且比传统激光喷嘴显著笨重。这导致了对于切割鳞状部件—即彼此紧密地位于给定板材上的部件—而言的问题。然而，由于其所引起的材料节约，这种类型的切割在激光切割领域被广泛地应用。

在2011年5月16日提交并在本申请的申请日前未公开的法国专利申请No.1,154,224提出了替代解决方案。该方案包括在激光喷嘴的主体内设置可动元件。该可动元件能在气体压力作用下在所述主体内沿待切割板材的表面的方向轴向移动。可动元件因而向着待切割板材的上表面移动直到其接触待切割板材的上表面。可动元件因而形成输送切割气体并且使切割气体在切缝聚集的裙部，因此，使得气体渗透至所述切缝并且改善其效率。

但是，这个解决方案也不是完美的，因为可动元件必须恰好设置在激光器主体内，更精确地应该设置在喷嘴主体的轴向通道内。

因此，需要提供既增加气体效率又能够通过对已有的和市场上广泛存在的激光喷嘴进行不需要对其内部几何形状进行改进的简单改进的易于实施的解决方案。

这些普通的激光喷嘴具有不同的几何形状，每一模式专用于一种类型的切割过程、一种类型的激光束、一种类型的聚焦头等。因而就工业实现而言，有必要提供与这些喷嘴中的大多数甚至全部兼容的解决方案。

然而，在激光切割工业中使用的许多喷嘴的主体中没有为根据法国专利申请号1,154,224的内部可动元件设置轴向容纳部的足够材料体积。

另外，某些切割应用要求使用所谓的“双流”喷嘴，除了轴向气体通道外，这些喷嘴还包括至少一个通过喷嘴体并且接近所述轴向通道的侧向气体通道。这一或这些附加通道的出现使得机加工位于喷嘴体内的容纳部变得困难，即难以拓宽内部轴向通道以使得能够在其中放置内部可动元件。

另外，包括在普通喷嘴的轴向通道内放置可动元件，而不需要事先拓宽所述通道的解决方案不令人满意，因为其减低了聚焦激光束通道的可用空间。这导致了加热或者甚至损害可动元件和/或喷嘴主体的内壁的风险，其也会降低剪切性能和/或质量和过程的生产率。

因此要解决的问题是如何通过提供尤其在激光切割中气体利用率改善了的喷嘴以减轻前述缺点中的一些或全部，该喷嘴易于工业实施，并且还与已有的普通激光喷嘴中的大多数甚至全部兼容。

发明内容