CN104768699A - 具有外部可动元件的激光喷嘴 - Google Patents

具有外部可动元件的激光喷嘴 Download PDF

Info

Publication number
CN104768699A
CN104768699A CN201380058451.4A CN201380058451A CN104768699A CN 104768699 A CN104768699 A CN 104768699A CN 201380058451 A CN201380058451 A CN 201380058451A CN 104768699 A CN104768699 A CN 104768699A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nozzle
moving element
axial
nozzle body
accommodation section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380058451.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104768699B (zh
Inventor
T·茹阿诺
P·勒菲弗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of CN104768699A publication Critical patent/CN104768699A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104768699B publication Critical patent/CN104768699B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/147—Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及用于激光切割的喷嘴，它包括：包括第一轴向通道(5)的喷嘴体(1)；包括轴向容纳部(7)的外盖(13)，喷嘴体(1)至少部分地布置在所述轴向容纳部(7)内；包括第二轴向通道(4)和形成裙部的前部部分(3a)的可动元件(3)，所述可动元件(3)设置在外盖(13)和喷嘴体(1)之间并且能在外盖(13)的轴向容纳部(7)内平移；在外盖(13)和喷嘴体(1)之间布置在该轴向容纳部(7)中的弹性元件(8)。根据本发明，可动元件(3)可以并且设计为在辅助气体(23)的气体压力作用下在轴向容纳部(7)内朝着第一输出孔口(14)的方向平移移动，所述压力施加在轴向容纳部(7)内并且作用于可动元件(3)，所述弹性元件(8)在可动元件(3)上施加弹性恢复力，以用于反抗可动元件(3)的平移移动。本发明还涉及相关联的激光头和设备，以及采用该喷嘴的激光切割方法。

Description

具有外部可动元件的激光喷嘴
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
因此本发明解决方案是一种喷嘴，该喷嘴包括：
–喷嘴体，它包括第一轴向通道；
–外盖，它包括轴向容纳部，该喷嘴体至少部分地设置于所述轴向容纳部内；和
–可动元件，它包括第二轴向通道和形成裙部(裙状部，围挡部)的前部部分，所述可动部件布置在外盖和喷嘴体之间并且可以在该外盖的轴向容纳部内平移移动。
取决于情况，本发明的喷嘴可以包括一个或多个下述技术特征：
–外盖的轴向容纳部包括位于所述外盖的前部面中的第一输出孔口，该可动元件能够并且设计为能在轴向容纳部内沿第一输出孔口的方向平移移动，直到该可动元件的形成裙部的前部部分通过轴向容纳部的所述第一输出孔口伸出该轴向容纳部；
–喷嘴体、外盖和可动元件为彼此同轴布置的轴对称元件，喷嘴体包括至少部分地设置在可动元件的第二轴向通道中的前部部分；
–喷嘴体的第一轴向通道包括位于所述喷嘴体的前部部分中的第二输出孔口，可动元件的第二轴向通道包括位于该可动元件的形成裙部的前部部分中的第三输出孔口，当前部部分伸出轴向容纳部时所述第三输出孔口开口于所述第二输出孔口的下游；
–可动元件可以并且设计为在施加于所述轴向容纳部内并且作用于所述可动元件上的气体压力的作用下在该轴向容纳部内沿第一输出孔口的方向平移移动；
–喷嘴体包括布置在所述喷嘴体内并且使喷嘴体的第一轴向通道和外盖的轴向容纳部流体连通的至少一个气体供应管道；
–布置在轴向容纳部内且处在外盖和喷嘴体之间的弹性元件，所述弹性元件在可动元件上施加弹性回复力，该弹性回复力倾向于抵抗该可动元件在轴向容纳部内沿着第一输出孔口方向的平移移动；
–轴向容纳部包括优选布置在所述轴向容纳部的底部的内台肩，可动元件的外周壁包括与所述台肩相对布置的止挡部，弹性元件设置在该止挡部和该内台肩之间。
–喷嘴还包括管状元件，该管状元件形成围绕喷嘴体的所有或一些前部部分的套筒，该管状元件由电绝缘材料形成；
–可动元件能够在多个位置之间移动，所述位置包括：
–休止位置，在该休止位置中，该可动元件的前部部分全部或基本全部缩回至轴向容纳部内；和
–工作位置，在该工作位置中，该可动元件的前部部分的裙部全部或基本全部通过第三输出孔口伸出轴向容纳部。
本发明还涉及一种激光聚焦头，它包含至少一个光学聚焦元件，例如一个或多个透镜或镜子，尤其是聚焦透镜和准直透镜，其特征在于，该激光聚焦头还包括根据本发明的激光喷嘴。
另外，本发明还涉及一种激光设备，该激光设备包括激光发生器、激光聚焦头和激光束引导装置，该激光束引导装置与所述激光发生器和所述激光聚焦头相连，其特征在于，该激光聚焦头是根据本发明的激光聚焦头。
优选地，发生器或激光源为CO2、YAG、光纤或盘式激光器，优选为光纤或盘式激光器，尤其是镱光纤激光源。
根据另一方面，本发明还涉及一种激光束切割方法(工艺)，该方法使用根据本发明的喷嘴、根据本发明的激光聚集头或根据本发明的设备。
附图说明
本发明参照附图通过下面给出的描述更容易理解。在附图中：
–图1A示意性地示出了普通激光切割设备的聚焦头；
–图1B示意性地示出了对应于喷嘴输出孔口尺寸的激光点尺寸；
–图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的喷嘴的横截面；
–图3A和图3B示意性地示出了根据本发明的一个实施例的喷嘴的某些构成元件的横截面；
–图4示意性的示出了根据本发明另一实施例的喷嘴的横截面，可动元件位于与图2所示的不同位置；
–图5A和图5B示意性的示出了处于工作状态的根据本发明的喷嘴，可动元件位于两个不同的位置。
具体实施方式
图1A示出了普通激光切割设备的聚焦头20，一个普通激光喷嘴21与其连接，聚焦激光束和辅助气体(箭头23)通过所述喷嘴，用于将激光束所形成的熔融金属从光束22在例如钢板或不锈钢板的待切金属部件30上形成的切缝31中排出。
辅助气体可以为例如氧气、空气、CO2、氢气的活性气体，或者例如氩气、氮气或氦气的惰性气体，或者这些活性和/或惰性气体中几种的混合物。气体组分根据待切割部件的性质特别地选择。
用来冲击部件的光束将在冲击点处熔化金属，该金属将在辅助气体的压力作用下从部件下方排出。
图1B示出了与光束22的焦点尺寸S2相对应的喷嘴21的孔口24的流体横截面区域(面积)S1。如可以看到的，区域S1比光束22的焦点尺寸S2大很多，从而导致在普通喷嘴中辅助气体的大量消耗，辅助气体的仅一小部分用于从切缝31排出熔融金属。
为了避免必须在图1A中的一般激光喷嘴的主体内、更精确地说是在所述喷嘴的轴向通道内布置内部可动元件，本发明提供了具有外部可动元件的激光喷嘴。
事实上，图2所示的本发明的喷嘴包括喷嘴体1和在图3A中示出的外盖13，该外盖13与围绕喷嘴体1的至少一部分可移动地布置的可动元件3相互作用。根据本发明的可动元件3在图3B中示意性的示出。
更具体地，喷嘴体1优选由导电材料例如铜或黄铜形成，该喷嘴体1旨在紧固到激光设备的激光聚焦头20上。
有利地，喷嘴体1为轴对称部件，具有对称轴AA的第一轴向通道5从该喷嘴体的一侧穿到另一侧，所述通道5从喷嘴体1的后部部分1b延伸至所述喷嘴体1的前部部分1a。
在本发明中，表述“前部面”和“前部部分”理解为激光喷嘴的元件的那些当该喷嘴被使用时位于待切割板材一侧的部分。与之相反的部分或面称为“后部”。
第一轴向通道5从喷嘴的前部部分1a和后部部分1b这两个部分中显现。后部部分1b因而包含第二输入孔口11’，而前部部分1a包含喷嘴体1的第二输出孔口11，第二输入孔口11’和第二输出孔口11共轴，并且轴线为AA。
第一轴向通道5事实上是一个可以为各种形状的空间，例如形状基本为圆柱形或截锥形，圆柱形出口通道可以为会聚-发散的、即德拉瓦尔(DeLaval)几何形状或者为任何其他几何形状。
第二输出孔口11优选为环形截面，并且具有优选包括0.5至5mm之间的直径。
外盖13包括喷嘴体1至少部分地布置在其中的轴向容纳部7，该轴向容纳部7优选与所述喷嘴体1同轴。从图3A中可以看出，轴向容纳部7穿过外盖13，并且尤其包括位于外盖13a的前部面中的第一输出孔口14。
有利地，外盖13包括底部15，该底部包括朝向容纳部7的中心径向伸出的内台肩9，所述内台肩9通过在第一输出孔口14中的轴向容纳部7的横截面的收窄15形成。
根据本发明，喷嘴还包括在外盖13和喷嘴体1之间插入外盖13的轴向容纳部7中的可动元件3。该可动元件3可以并设计为在外盖13的第一容纳部7内沿着轴AA平移，直至形成可动元件3的裙部的前部部分3a通过第一输出孔口14伸出所述容纳部7，如图2所示。
从图3B中可见，可动元件3有利地为包括形成大致圆柱形—即管状—裙部的前部部分3a的轴对称部件。可动元件3还包括具有第二输出孔口12的第二轴向通道4，该第二输出孔口12从形成裙部的前部部分3a显现。
更为准确地，当可动元件3的前部部分3a伸出轴向容纳部7时，优选为圆形截面的可动元件3的第三输出孔口12开口于喷嘴体1的第二输出孔口11的下游。
可动元件3的外周壁3有利地包括止挡部10，当可动元件3设置在轴向容纳部7内时该止挡部10面对内台肩9设置。
优选地，可动元件3、喷嘴体1和外盖13分别为整体结构的一部分并且彼此同轴布置。换言之，可动元件3和外盖13的对称轴与喷嘴体1的轴AA一致(重合)或基本一致。
有利地，喷嘴体1的前部部分1a至少部分地布置在可动元件3的第二轴向通道4内。可动元件3可沿喷嘴体1的所述前部部分1a的外周壁轴向移动。可动元件3的第二轴向通道4和前部部分1a的外周壁优选具有柱状轮廓。
根据本发明，可动元件3因而为围绕喷嘴体1的前部部分1a的至少部分布置的外部元件，也就是说，该可动元件在喷嘴体1外侧而不在该喷嘴体中。
优选地，可动元件3能在施加于轴向容纳部7内并且作用于所述可动元件3的气体压力的作用下可在该轴向容纳部7内沿着第一输出孔口14的方向平移。借助于止挡部10和台肩9，该可动元件3有利地至少部分保持在容纳部7内。
根据本发明的一个尤为优选的实施例，如图2至4、5A和5B示出的，喷嘴体1包括至少一个布置在所述喷嘴体1内的气体供应管道6，该气体供应管道6使得喷嘴体1的第一轴向通道5和外盖13的轴向容纳部流体联接。优选地，喷嘴体1包括穿过所述喷嘴体1的1至20个管道6，优选3至8个管道6。这些管道6优选为形成在喷嘴体1中的空间(凹腔)或孔(孔腔)，并优选地为圆形横截面，并优选直径可以为约0.5至5mm。
事实上，本发明的喷嘴用于装备在工业激光切割设备中安装的聚焦头。该类型的设备通常包括与至少一个管路连接的至少一个辅助气源。该管路能够并且设计为向聚焦头、更具体地向所述头的内部容积供给气体。
激光喷嘴通过输入孔口11’与聚焦头流体联接，该输入孔口使聚焦头的内部容积和喷嘴体1的第一轴向通道5流体联接。通过这种方式，供应给聚焦头的切割气体23通过根据本发明的喷嘴头分配。
有利地，该喷嘴的可动元件3能够并且设计为当气源向聚焦头和激光喷嘴的轴向通道5供应气体时在外盖13的容纳部7内平移。然后气体23在所述可动元件3上施加气体压力，该气体压力引起所述元件3在容纳部7内运动。
事实上，在根据本发明的喷嘴的使用期间，激光束22和辅助气体23经过喷嘴体1的第一轴向通道5，并且经由位于喷嘴体1的前部部分1a的第二输出孔口11出来。
从图2可以看出，当向喷嘴体1的第一轴向通道5供应气体23时，分布在该第一轴向通道5内的气体中的一些也供应至一个或多个气体供应管道6。
管道6作为旁路管道，并且分配至少一些所述气体23至外盖13的轴向容纳部7，从而气体压力施加在轴向容纳部7内并作用于可动元件3上。
可动元件3因而在辅助气体23的压力作用下相对于喷嘴体1并且相对于外盖13轴向移动，这倾向于在待切割部件30的方向上推动可动元件3。可动元件3的沿着轴AA的平移移动会引起裙部3a移动至更靠近待切割板材的上表面30，这将导致图5B所示的彼此间的接触。
因而，气体将通过裙部3a被输送并且在激光点上并因而在切缝聚集，因此极大改善气体效率和金属去除。
有利地，例如弹簧的弹性元件8在外盖13和喷嘴体1之间布置在轴向容纳部7内，以在可动元件3上沿使得可动元件远离待切割部件30的方向施加弹性回复力。换言之，元件8所施加的弹性回复力趋向对抗可动元件3的沿着第一输出孔口14的方向的平移移动。
在本发明中，弹性元件8在外盖13和喷嘴体1之间、并且优选在台肩9和止挡部10之间布置在轴向容纳部7中。
因而，在切割的结束，当气体切断并且作用于可动元件3上的气体压力停止时，可动元件3可以回到它的休止位置，也就是说，直到裙部3a缩回至容纳部7内。
弹性元件8因而允许导致在基本先于切割阶段的板材刺穿阶段裙部3a的磨损得到限制的效应。特别地，该刺穿大多经常在低气体压力下进行，尤其是低于4巴(bar)。弹性元件然后对裙部3a施加足够的回复力以使之完全回缩或者几乎完全回缩至容纳部7中，并且保护其免受由刺穿所引起的熔融金属飞溅。
弹性元件8还使得在没有切割气体或光束时在板材上快速小距离移动切割头更为容易，因为气体压力停止施加在可动元件上并且裙部3a缩回至容纳部7。仅仅裙部3a被收回并且没有必要提升支撑喷嘴的聚焦头。
另外，弹性元件8使得有可能限制当可动元件3在切割气体作用下在待切割部件的方向上移动时由所述可动元件施加在该待切割部件上的压力。更具体地，弹性元件8的回复力优选选择成使得当限制可动元件3施加在板材上的压力时保持所述元件与待切割部件接触。
这使得有可能大量地减少或者甚至消除被切割的板材变形、刮擦板材表面和拖拽板材的任何风险。
可动元件3可以由电绝缘材料形成，优选陶瓷—例如Al2O3、AlN、ZrO2或Al2TiO5，或者聚合物—例如聚醚醚酮(PEEK)或者或Pyrex。术语“电绝缘材料”理解为意味着不能导电的材料，也就是阻止两个导电元件之间的电流通道的材料。
或者，可动元件3可以由导电材料形成，例如金属材料—如钢、铜，或石墨。
当可动元件3由电绝缘材料形成时，外盖13由导电材料形成，反之亦然。
可选地，插入件3的前部部分3a可以包括下游端部部分17，该下游端部部分17的直径沿着第三输出孔口12的方向逐渐缩小。因而，前部部分3a成形为使得便于它在板材表面出现的凹凸和阻碍物之间通过。
术语“下游端部部分”理解为表示前部部分3a的位于所述前部部分的下游端—也即是面对待切割板材的上表面—的区段。
下游端部部分由此成形为可通过一个台阶或者阻碍物而没有或大量减少对于裙部3a的影响，并且没有或者极小降低喷嘴速度。同样避免了在前部部分3a的端部出现尖锐的边缘，因而使得本发明的裙部的运动更灵活并且允许其跟随可能出现在待切割板材的表面上的水平(水平面，高度)的变化，从而使得其更易于工业实施。
在本发明中，下游端部区段17可以包括至少一个与喷嘴体1的前部部分1a的前部面成角度α的倒角，该角度α包括在0.1°至80°之间，并且优选在10°到45°之间。
或者，下游端部区段17的外轮廓可以至少包括一个曲线段，优选至少一个凸面段。所述至少一个凸面段的曲率半径通常在0.1和2mm之间。
可选地，根据本发明的喷嘴可以包括管状元件2，该管状元件形成围绕喷嘴体1的前部部分1a的全部或一些的套筒，该管状元件2由电绝缘材料例如聚醚醚酮(PEEK)或或Pyrex或者电绝缘陶瓷形成。
当可动元件3由导电材料形成时该实施例尤为有利，管状元件2使得阻止可动元件3和喷嘴体1之间的任何电接触成为可能。因此，防止了工业激光切割机装载的确保聚焦头在待切割板材上以恒定距离运动的电容式距离检测系统的失效。
图4示出了本发明的另一实施例，其中喷嘴体1和外盖3的几何形状与图2中的实施例显著不同，但是其操作原理是一样的。
图5A和5B示意性地示出了在气体压力23作用下可动元件3的平移运动。
特别地，图5A示意性地示出了根据本发明的包含可动元件3的喷嘴，该可动元件3的前部部分3a缩回至轴向容纳部7中。图5B示意性地示出施加在容纳部7中并且作用于可动元件3上的气体压力23的作用，该可动元件移动至形成裙部的前部部分3a伸出第一容纳部7。
事实上，根据本发明的喷嘴的可动元件3能够在多个位置之间移动，所述多个位置至少包括：
–休止位置，在该位置中裙部3a全部或几乎全部缩回至外盖13的轴向容纳部7中，如图5A所示；和
–工作位置，在该位置中裙部3a通过第一输出孔口14全部或几乎全部伸出外盖13的轴向容纳部7并与待切割部件30形成接触，如图5B所示。
当然，可动元件3可以占据其中裙部3a仅仅部分伸出轴向容纳部7的中间位置。这些中间位置可以尤其取决于轴向容纳部7内并且作用于可动元件3上的压力。
本发明因而提供了能够并且设计为使用伴随低气体流和/或气压的激光束切割的激光喷嘴，其特殊的喷嘴结构迫使气体的大部分集中于切缝并且有效地排出其中形成的熔融金属，而不论激光功率和光束的波长如何。
从图2和图4可以看出，本发明的喷嘴为标准体积，也就是说它的体积不大于普通切割喷嘴，其是有利地并且兼容于鳞状切割，也就是说，给定板材的部分以很小的空间分开不同部分。
另外，本发明的喷嘴具有与目前在工业上使用的大多喷嘴兼容的主要优点，即使是那些喷嘴体的尺寸较小的喷嘴，因为其不再需要提供恰好在喷嘴的体内容纳可动元件的轴向容纳部。本发明的方案因提供了具有在喷嘴体外部的可动元件的激光喷嘴，其工业实施更为容易。
例子：
为了论证根据本发明的喷嘴相对于普通喷嘴也即是没有可动元件的传统喷嘴的效率，和因而产生的在可动元件上设置裙部以迫使气体进入到切缝的优点，使用采用CO2激光发生器来产生激光束的切割设备进行的了对比实验，所产生的激光束射向包括聚焦光学元件—即透镜—的聚焦头。
聚焦激光头装备或者具有1.8mm直径的输出孔口的普通喷嘴，或者根据图2所示的具有可动裙部的喷嘴，后述喷嘴的喷嘴体的轴向通道具有1.8mm直径的输出孔口。
辅助气体使用氮气。
待切割板材为厚度为5mm的304L不锈钢板材。
激光束功率为4KW，切割速度为2.6m/min。
得到的结果显示：
–使用普通喷嘴，14巴的气体压力不能得到有质量的切割。特别地，在14巴时，切割边包括很多附着毛刺。这证明熔融金属的排出并没有发生，因为需要排出的熔融金属上的气体作用不足。为了去除这些毛刺，需要16巴的压力；
–使用本发明的喷嘴，在1到5巴的压力范围内进行的实验取得了质量良好的切割，也就是说具有全无附着毛刺的切割边。喷嘴的裙部使得气体输送至切缝和熔融金属被有效排出。另外，喷嘴允许电容性传感器的操作，并且允许在切割过程中保持喷嘴体的前部部分和板材的上表面之间的距离稳定。
这些实验明显的论证了根据本发明的喷嘴的效率，本发明的喷嘴在其他相同条件下允许使用的气体压力相对于普通喷嘴大量降低，因而所消耗的气体也减少了。

Claims (12)

1.激光喷嘴，包括：
-喷嘴体(1)，该喷嘴体包括第一轴向通道(5)和输入孔口(11’)，该输入孔口使得所述第一轴向通道(5)能被供应辅助气体(23)；
-外盖(13)，该外盖包括轴向容纳部(7)和第一输出孔口(14)，该第一输出孔口(14)位于所述外盖(13)的前部面(13a)中，该喷嘴体(1)至少部分地布置在所述轴向容纳部(7)内；
-可动元件(3)，该可动元件包括第二轴向通道(4)和形成裙部的前部部分(3a)，所述可动元件(3)布置于外盖(13)和喷嘴体(1)之间并且能在该外盖(13)的轴向容纳部(7)内平移移动；
-弹性元件(8)，该弹性元件在外盖(13)和喷嘴体(1)之间布置于该轴向容纳部(7)内，
其特征在于，该可动元件(3)能够并且设计为在所述辅助气体(23)的气体压力作用下在该轴向容纳部(7)内沿着第一输出孔口(14)的方向平移移动，所述压力施加在所述轴向容纳部(7)内并且作用于所述可动元件(3)上，所述弹性元件(8)在该可动元件(3)上施加弹性回复力，该弹性回复力倾向于抵抗该可动元件(3)在轴向容纳部(7)内沿着第一输出孔口(14)的方向的平移移动。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，该可动元件(3)能够并且设计为在轴向容纳部(7)内沿着第一输出孔口(14)的方向平移移动直到该可动元件(3)的形成裙部的前部部分(3a)通过轴向容纳部(7)的所述第一输出孔口(14)伸出该轴向容纳部(7)。
3.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，喷嘴体(1)、外盖(13)和可动元件(3)为彼此共轴地布置的轴对称部件，该喷嘴体(1)包括至少部分地布置在该可动元件(3)的第二轴向通道(4)内的前部部分(1a)。
4.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，喷嘴体(1)的第一轴向通道(5)包括位于所述喷嘴体(1)的前部部分(1a)中的第二输出孔口(11)，该可动元件(3)的第二轴向通道(4)包括位于该可动元件(3)的形成裙部的前部部分(3a)中的第三输出孔口(12)，当前部部分(3a)伸出轴向容纳部(7)时所述第三输出孔口(12)开口于所述第二输出孔口(11)的下游。
5.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，该喷嘴体(1)包括至少一个气体供应管道(6)，该气体供应管道布置在所述喷嘴体(1)内并且使该喷嘴体(1)的第一轴向通道(5)与该外盖(13)的轴向容纳部(7)流体连通。
6.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，该轴向容纳部(7)包括内台肩(9)，该内台肩优选设置于所述轴向容纳部(7)的底部(15)中，该可动元件(3)的外周壁包括面对所述内台肩(9)布置的止挡部(10)，弹性元件(8)设置于该止挡部(10)和该内台肩(9)之间。
7.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，该喷嘴还包括管状元件(2)，该管状元件形成围绕喷嘴体(1)的前部部分(1a)的全部或一些的套筒，该管状元件(2)由电绝缘材料形成。
8.根据前述任一权利要求所述的喷嘴，其特征在于，该可动元件(3)能够在多个位置之间移动，所述多个位置包括：
-休止位置，在该休止位置中该可动元件(3)的前部部分(3a)完全或几乎完全缩回轴向容纳部(7)内；和
-工作位置，在该工作位置中该可动元件(3)的前部部分(3a)的裙部完全或几乎完全通过第三输出孔口(14)伸出轴向容纳部(7)。
9.激光聚焦头，包括至少一个光学聚焦元件，其特征在于，该激光聚焦头还包括根据前述任一权利要求所述的激光喷嘴。
10.激光设备，包括优选为CO2、YAG、光纤或盘式激光器的激光发生器、激光聚焦头和激光束引导装置，该激光束引导装置与所述激光发生器和所述激光聚焦头连接，其特征在于，该激光聚焦头如权利要求9所述。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，该设备包括气源和至少一个气体供应管路，该至少一个气体供应管路流体连接该聚焦头和所述气源，激光喷嘴体(1)的第一通道(5)与该聚焦头流体连接，当气源向聚焦头和激光喷嘴进行供应时该可动元件(3)在该喷嘴体(1)的轴向容纳部(7)内平移移动。
12.激光束切割方法，该方法使用根据权利要求1至8之一所述的喷嘴、根据权利要求9所述的激光聚焦头或者根据权利要求10和11之一所述的设备。
CN201380058451.4A 2012-11-09 2013-10-23 具有外部可动元件的激光喷嘴 Expired - Fee Related CN104768699B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1260656A FR2997881B1 (fr) 2012-11-09 2012-11-09 Buse laser a element mobile externe
FR1260656 2012-11-09
PCT/FR2013/052533 WO2014072609A1 (fr) 2012-11-09 2013-10-23 Buse laser à élément mobile externe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104768699A true CN104768699A (zh) 2015-07-08
CN104768699B CN104768699B (zh) 2016-10-26

Family

ID=47598967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380058451.4A Expired - Fee Related CN104768699B (zh) 2012-11-09 2013-10-23 具有外部可动元件的激光喷嘴

Country Status (16)

Country Link
US (1) US9604310B2 (zh)
EP (1) EP2916990B1 (zh)
JP (2) JP6242908B2 (zh)
KR (1) KR20150082258A (zh)
CN (1) CN104768699B (zh)
AU (1) AU2013343367B2 (zh)
BR (1) BR112015010564A2 (zh)
CA (1) CA2886914A1 (zh)
ES (1) ES2611769T3 (zh)
FR (1) FR2997881B1 (zh)
IN (1) IN2015DN02923A (zh)
MX (1) MX340047B (zh)
RU (1) RU2015121936A (zh)
SG (1) SG11201503483WA (zh)
WO (1) WO2014072609A1 (zh)
ZA (1) ZA201503144B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109807462A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 方菘岭 雷射加工机及其喷头
TWI665045B (zh) * 2017-11-23 2019-07-11 林育勤 雷射噴頭之導正構造
CN110072664A (zh) * 2016-10-03 2019-07-30 辛诺瓦有限公司 用于产生液体射流的设备
CN110497078A (zh) * 2019-09-12 2019-11-26 奔腾楚天激光（武汉）有限公司 一种光纤激光低气耗切割的节气喷嘴及切割工艺
CN111727101A (zh) * 2018-02-02 2020-09-29 普雷茨特两合公司 气体供应装置以及具有该气体供应装置的激光加工头
CN117444356A (zh) * 2023-12-25 2024-01-26 河北时代天一管业有限公司 一种波纹管电弧切割装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3020774B1 (fr) * 2014-05-06 2016-05-13 Air Liquide Buse laser avec element mobile interne et corps deformable
DE102015208157B4 (de) * 2015-05-04 2017-06-14 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Schneidgasdüse und Laserschneidverfahren mit verschiebbarer Ventilhülse zum Einstellen der Strömungscharakteristik
DE102016221322A1 (de) 2016-10-28 2018-05-03 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Schneidgasdüse mit segmentierter Hülse
DE102017205084A1 (de) 2017-03-27 2018-09-27 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Gasdüse mit verschleißfester Hülse zur Kapselung eines Schneidgasstrahls
TWI634963B (zh) * 2017-11-16 2018-09-11 方菘嶺 雷射加工機及其噴頭
JP7343970B2 (ja) * 2018-12-21 2023-09-13 株式会社安藤・間 鋼コンクリート複合部材の切断方法及び切断装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3383491A (en) * 1964-05-05 1968-05-14 Hrand M. Muncheryan Laser welding machine
JPH07251287A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Tanaka Seisakusho Kk レーザ切断用ノズル
US5786561A (en) * 1994-01-25 1998-07-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Nozzle assembly for laser beam cutting
DE19853735C1 (de) * 1998-11-23 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Laserbearbeitungskopf und Verfahren zu dessen Bewegung
JP2003260582A (ja) * 2002-03-06 2003-09-16 Amada Eng Center Co Ltd レーザ加工装置のノズル脱着機構
CN1781611A (zh) * 2004-12-01 2006-06-07 陈钧 多功能同轴式激光喷嘴
CN202344128U (zh) * 2011-11-09 2012-07-25 昆山科德优激光设备有限公司 激光切割机用的绝缘式激光喷嘴

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1154224A (fr) 1955-06-20 1958-04-03 Europ De Revetement Chimique S Nouveau procédé de fabrication de circuits électriques imprimés et circuits obtenus par ce procédé
US4031351A (en) 1972-10-25 1977-06-21 Groupement Atomique Alsacienne Atlantique High energy laser beam cutting method and apparatus
US4027137A (en) * 1975-09-17 1977-05-31 International Business Machines Corporation Laser drilling nozzle
JPS6137393A (ja) 1984-07-30 1986-02-22 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工機
JPS61169186A (ja) * 1985-01-23 1986-07-30 Toyota Motor Corp レ−ザ加工用ヘツド
JPS626790A (ja) 1985-07-02 1987-01-13 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工ヘツド
JPS6267689U (zh) * 1985-10-18 1987-04-27
JPS6340695A (ja) 1986-08-05 1988-02-22 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工機用ノズル
JPS63108992A (ja) 1986-10-23 1988-05-13 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工ヘツド
US4733048A (en) * 1987-07-17 1988-03-22 Raycon Textron Inc. Crash proof nozzle
JPS6481294A (en) * 1987-09-22 1989-03-27 Juki Kk Method and apparatus for forming thick-film circuit
CH681071A5 (zh) * 1989-09-05 1993-01-15 Lasag Ag
JP2803902B2 (ja) * 1990-11-15 1998-09-24 ジューキ 株式会社 裁断装置
DE19853765C1 (de) 1998-11-21 2000-07-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Regelhaftigkeit
JP2001239389A (ja) * 2000-02-24 2001-09-04 Nippei Toyama Corp レーザ加工装置及びそのレーザ加工方法
JP4397508B2 (ja) * 2000-04-28 2010-01-13 株式会社フィスト ノズルの静電容量検出方法及びノズルの静電容量検出センサ及びレーザ加工機のノズル
JP3900084B2 (ja) * 2000-08-31 2007-04-04 三菱電機株式会社 レーザ加工ヘッド
JP2003260852A (ja) 2002-03-11 2003-09-16 Ricoh Co Ltd プリンタシステム
EP1354663B1 (en) * 2002-03-27 2005-02-02 LVD Company NV Nozzle for lasercutting
EP1669159A1 (de) 2004-12-07 2006-06-14 Bystronic Laser AG Bearbeitungsdüse zum Laserschneiden mir einer über den Düsenkörper hinausragenden Düsenhülse, Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren mit der entsprechenden Bearbeitungsdüse
JP4723456B2 (ja) * 2006-10-27 2011-07-13 三菱電機株式会社 加工ヘッドおよびノズル交換装置およびレーザ加工装置
JP5039757B2 (ja) * 2009-08-21 2012-10-03 株式会社アマダ レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッド
JP5768572B2 (ja) * 2011-08-03 2015-08-26 株式会社レーザックス レーザ切断装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3383491A (en) * 1964-05-05 1968-05-14 Hrand M. Muncheryan Laser welding machine
US5786561A (en) * 1994-01-25 1998-07-28 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Nozzle assembly for laser beam cutting
JPH07251287A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Tanaka Seisakusho Kk レーザ切断用ノズル
DE19853735C1 (de) * 1998-11-23 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Laserbearbeitungskopf und Verfahren zu dessen Bewegung
JP2003260582A (ja) * 2002-03-06 2003-09-16 Amada Eng Center Co Ltd レーザ加工装置のノズル脱着機構
CN1781611A (zh) * 2004-12-01 2006-06-07 陈钧 多功能同轴式激光喷嘴
CN202344128U (zh) * 2011-11-09 2012-07-25 昆山科德优激光设备有限公司 激光切割机用的绝缘式激光喷嘴

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110072664A (zh) * 2016-10-03 2019-07-30 辛诺瓦有限公司 用于产生液体射流的设备
CN110072664B (zh) * 2016-10-03 2022-04-05 辛诺瓦有限公司 用于产生液体射流的设备
CN109807462A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 方菘岭 雷射加工机及其喷头
TWI665045B (zh) * 2017-11-23 2019-07-11 林育勤 雷射噴頭之導正構造
CN111727101A (zh) * 2018-02-02 2020-09-29 普雷茨特两合公司 气体供应装置以及具有该气体供应装置的激光加工头
CN110497078A (zh) * 2019-09-12 2019-11-26 奔腾楚天激光（武汉）有限公司 一种光纤激光低气耗切割的节气喷嘴及切割工艺
CN117444356A (zh) * 2023-12-25 2024-01-26 河北时代天一管业有限公司 一种波纹管电弧切割装置
CN117444356B (zh) * 2023-12-25 2024-03-08 河北时代天一管业有限公司 一种波纹管电弧切割装置

Also Published As

Publication number Publication date
IN2015DN02923A (zh) 2015-09-18
JP2015534904A (ja) 2015-12-07
AU2013343367B2 (en) 2017-05-18
MX340047B (es) 2016-06-22
SG11201503483WA (en) 2015-06-29
ZA201503144B (en) 2016-01-27
BR112015010564A2 (pt) 2017-07-11
RU2015121936A (ru) 2017-01-10
US20150290742A1 (en) 2015-10-15
KR20150082258A (ko) 2015-07-15
FR2997881A1 (fr) 2014-05-16
CA2886914A1 (fr) 2014-05-15
EP2916990A1 (fr) 2015-09-16
JP2018069339A (ja) 2018-05-10
WO2014072609A1 (fr) 2014-05-15
ES2611769T3 (es) 2017-05-10
EP2916990B1 (fr) 2016-11-30
JP6242908B2 (ja) 2017-12-06
US9604310B2 (en) 2017-03-28
CN104768699B (zh) 2016-10-26
AU2013343367A1 (en) 2015-05-21
FR2997881B1 (fr) 2015-04-17
MX2015005754A (es) 2015-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104768699A (zh) 具有外部可动元件的激光喷嘴
US10926352B2 (en) Laser nozzle with mobile element
CN102325617B (zh) 具有流体流动结构的切削工具和切削刀片
KR100486035B1 (ko) 용접용전극
JP2017514700A (ja) 内部可動要素と低比誘電率のスリーブとを備えるレーザ切断用ノズル
CN104781034B (zh) 具有内部可动元件和外盖的激光喷嘴
CN110170743B (zh) 激光加工头
US20150048069A1 (en) Laser nozzle comprising an element movable in a gas layer
JP2015515380A (ja) 改良された外形の移動要素を備えたレーザノズル
US9610652B2 (en) Laser nozzle having an external mobile element made of electrically insulating material and an insert made of electrically conductive material
JP7257317B2 (ja) 高度に位置決めされたレーザ処理ノズル
US10201068B2 (en) Method for the plasma cutting of workpieces
US20170120381A1 (en) Highly Positioned Laser Processing Nozzle
KR101151585B1 (ko) 고압유체용 일체형 체크밸브
JP2006218544A (ja) ハイブリッド加工装置およびハイブリッド加工方法
CN104259658B (zh) 一种激光切割用旋流式喷嘴
US11850681B2 (en) Highly positioned laser processing nozzle
CN209886912U (zh) 主卡盘除尘装置及激光切割机
CN115210030A (zh) 高水平定位的激光加工喷嘴
CN114929425A (zh) 用于激光加工设备的喷嘴和具有该喷嘴的激光加工设备
JP2015205296A (ja) レーザー加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161026

Termination date: 20191023

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee