CN116532792A - 用于激光处理头的横向射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种诸如远程焊接头等激光材料处理头具有输出端，所述输出端具有被配置成使所发射的激光传递到工作区域的保护光学器件。诸如所述输出端的覆盖滑动件等所述保护光学器件保护所述头内的其他光学器件并且是可更换的备用零件。为了防止从所述工作区域排出的至少一些碎屑到达所述保护光学器件，将喷嘴与所述保护光学器件相邻地安装到所述头。所述喷嘴具有用于气体的入口和出口。所述出口具有曲线轮廓，所述曲线轮廓被配置成在所述保护光学器件与所述工作区域之间的平面中扇出所述气体的横向射流。所述喷嘴的所述轮廓减少使所述碎屑从所述保护光学器件转向所需的气体量。

Description

用于激光处理头的横向射流喷嘴

相关申请的交叉参考

本申请主张2022年2月2日提交的美国临时申请第63/305,830的优先权。前述申请特此全部并入供参考。

背景技术

在激光材料处理期间会形成碎屑。在焊接过程期间，例如会产生金属喷溅物，所述金属喷溅物可损坏激光处理头的光学器件。因此，激光处理头使用保护光学器件或覆盖滑动件作为备用的可更换零件以保护光学器件。可通过使用空气横向射流将碎屑偏转远离覆盖滑动件来延长此覆盖滑动件的使用寿命。

在操作期间，来自横向射流的压缩空气吹走碎屑以防止喷溅物中的至少一些飞溅在覆盖滑动件上。随时间推移，覆盖滑动件仍将需要更换。另外，在操作期间，必须供应足量的压缩空气以保护覆盖滑动件。产生并递送压缩空气提高操作成本，正像需要更换覆盖滑动件也提高操作成本并形成生产线停工期一样。

图1A图解说明根据现有技术的具有横向喷射模块60的激光处理头20的侧视图，并且图1B图解说明图1A中的激光处理头20的前视图。激光处理头20包括壳体30，所述壳体30具有适当光学器件和其他组件以来自缆线联接件33的激光能量递送成来自头20的输出端38的激光束LB。输出端38内的覆盖滑动件(36)保护激光头20的内部光学器件不受在操作期间产生的喷溅物和碎屑影响。通向头20上的气体供应线的连接70可将覆盖滑动件36附近的气体引导在输出端38处。激光处理头20还包括通向检测器的电连接40。

横向喷射模块60支撑在通向头20的支架22上并且安置在输出端38之下的一定距离处。激光处理头20还包括压力计50，所述压力计50测量在输出端38之下的区域中吹出的压缩空气的压力。压缩空气往往转移激光过程的喷溅物和碎屑以使其不到达头20的输出端38中的覆盖滑动件36。如图所示，横向喷射模块60具有直线几何形状以产生横向射流。。

附图说明

图1A图解说明根据现有技术的具有横向喷射模块的激光处理头的侧视图。

图1B图解说明图1A中的激光处理头的前视图。

图2图解说明根据本公开的具有横向喷射模块的激光处理头的示意图。

图3A图解说明所公开横向喷射模块的喷嘴的一个实施方案的立体图。

图3B图解说明图3A的喷嘴的前视图。

图3C图解说明图3A的喷嘴的后视图。

图3D图解说明图3A的喷嘴的剖视图。

图4A图解说明所公开喷嘴在使用期间的侧视图。

图4B图解说明所公开喷嘴在使用期间的平面图。

图5A图解说明所公开喷嘴的轮廓的示意性平面图。

图5B图解说明所公开喷嘴的两个实例轮廓的示意性平面图。

图6A图解说明具有第一组箔片的所公开喷嘴的示意性平面图。

图6B图解说明具有第一组箔片的所公开喷嘴的示意性侧视图。

图7A图解说明具有第二组箔片的所公开喷嘴的示意性平面图。

图7B图解说明具有第二组箔片的所公开喷嘴的示意性侧视图。

图8图解说明具有第三组箔片的所公开喷嘴的立体图。

图9图解说明具有另一种类型的箔片的所公开喷嘴的立体图。

具体实施方式

图2图解说明根据本公开的具有横向喷射模块100的激光处理头20的示意图。激光处理头20包括具有内腔32的壳体30，所述内腔32用于容置从壳体的出口38发射激光束LB的光学器件和其他组件。例如，示出光学组件34(诸如聚焦透镜、检流计镜等等)在壳体30的内腔32内。光学组件34取决于类型的激光处理头20。

例如，远程焊接头中的光学组件34可包括检流计镜和聚焦透镜以对束进行导引。另一选择为，固定头的光学组件34可包括具有固定焦点位置的聚焦透镜。将了解，头20可包括几个其他适当组件(未示出)，诸如在远程焊接头内使用的组件等。

在操作期间，工件10上的激光束LB的处理区域或焊池12处产生碎屑14(例如，喷溅物、颗粒、烟气和其他发射物)。保护光学器件或覆盖滑动件36在壳体30中安装在光学组件34与出口38之间并且保护头20的光学器件34和其他内部组件。通常，覆盖滑动件36是可使用适当特征在壳体内腔32中移除并更换的备用的可更换零件。例如，覆盖滑动件36可固持在匣盒上，可通过壳体30的侧面上的出入门触及。

通常，覆盖滑动件36由允许激光束通过但防止碎屑14传递到头的壳体30中的透明材料(诸如适当玻璃)组成。覆盖滑动件36还可具有抗反射涂层以优化其对激光束LB的波长范围的透射。

气体递送组合件90具有环形喷口42，所述环形喷口42安置在壳体30内并且连接到气体(例如空气等)的供应线44。环形喷口42可在与覆盖滑动件36平行的方向上吹出气体。此环形喷口42另外还可有助于使覆盖滑动件36没有碎屑并且可往往能冷却覆盖滑动件36。

为了进一步偏转可能在光学器件34、36的方向上从处理区域12飞出的碎屑14，横向喷射模块100具有连接到供应线80的喷嘴110。可使用安装结构22将喷嘴110安装到头20，所述喷嘴110可根据实施方式的需要来调整并定位。例如，喷嘴110相对于覆盖滑动件36的距离D可调整。另外，可调整喷嘴110的角定向以微向上或向下吹出横向射流。另外，横向射流J的定向可配置。例如，支架22可被附接成使得横向射流J朝向头的一侧吹出而非朝向前方吹出，图1A和图1B中所绘示。

在远程焊接头中，会聚激光束可来自出口38内的很多不同位置，在图1A和图1B中可看到。因此，喷嘴110被安装成距中心线CL超过一个覆盖滑动件36的半径。图1A中绘示所述放置。由于此种放置，横向射流J的平面中需要被清除碎屑的面积(图5A中的面积A)略大于远程头的覆盖滑动件36的面积。

然而，在固定头中存在离开出口38的固定会聚束以使得喷嘴100可被安装成距光轴CL近于覆盖滑动件36的半径。图2中绘示了此种放置。由于此种放置，横向射流J的平面中需要被清除碎屑的面积(图5A中的面积A)小于固定头的覆盖滑动件36的面积。

喷嘴110在跨出口38与工件10之间的空间的平面中例如大体平行于覆盖滑动件36递送压缩气体(例如，空气)的横向流或横向射流J。可通过改变供应气体的压力来控制横向射流J的速度。通过压力计50(参见图1A和图1B)测量供应气体的压力。另外，横向喷射模块100适当地定位。通过横向射流J来偏转碎屑。可依据偏转角α测量碎屑的偏转。一般来说，将横向射流J定位成距覆盖滑动件36较远意味着需要较低的偏转角来使碎屑14远离覆盖滑动件36。较低的偏转角所需的气体消耗较少并且因此是较佳的。然而，横向射流J可在周围空气中形成强抽吸和紊流，因此也需要远离处理区域12并且相对于覆盖滑动件36恰当地定位横向射流J。此外，将喷嘴110定位成避免与工件的部分碰撞或避免与用于固持工件的夹具或其他固定器具碰撞可为有利的。通常，生成横向射流J的横向射流喷嘴110定位在处理区域12与覆盖滑动件36之间的约中间的距离D处。

与现有技术的横向喷射模块的喷嘴的常规直线几何形状相比，本公开的喷嘴110具有曲线几何形状的轮廓。确切来说，图3A到图3D图解说明所公开横向喷射模块的喷嘴110的立体图、前视图、后视图和剖视图。

喷嘴110具有从输入端112a会聚到输出端112b的顶部和底部凸缘或表面111a-111b。凸缘111a-111b上的侧面118a-118b封闭出喷嘴110的会聚腔室115。输入端112a上的入口114视情况连接到供应线、接合器等以接收压缩气体或空气。喷嘴110的输出端112b处呈狭缝形式的出口116递送本公开的横向射流。出口116的剖面可具有与拉伐尔(de Laval)喷嘴形状的类似。

可视情况通过将各种组件机械加工、模塑和焊接在一起来制作喷嘴110。例如，不同机械加工零件可组装在一起并且可在其连接处具有密封件。图3A到图3D中所绘示的组件仅作为实例呈现。

关于本公开的教义，喷嘴110的几何形状是特定关注的。即，喷嘴的出口112b具有曲线轮廓P，如先前所述。狭缝116沿着曲线轮廓P延伸并且与入口114相比具有薄高度H，以使得腔室115减小成三角形剖面。狭缝116在输出端112b上具有宽度W，沿着圆周区段的曲线轮廓P延伸。视需要，侧面118a-118b可从输出端112b延伸出一定距离，例如示出为箔片119b。图3A和图3D中仅绘示侧面118b的短箔片119b，但箔片可延伸更大的长度。下文提供其他细节。

图4A图解说明所公开喷嘴110在用于产生横向射流J期间的侧视图，并且图4B图解说明所公开喷嘴110在用于产生横向射流J期间的平面图。如图所示，在处理头20的覆盖滑动件36之下的适当距离D处发射横向射流J，并且横向射流J在具有覆盖滑动件36的输出端38的圆周之下从喷嘴110的输出端112b发散成或扇出扇形形状。图4B仅出于图解说明目的示意性地示出喷嘴110和覆盖滑动件36的轮廓。如示意性地示出，从喷嘴110发散的横向射流J的偏转功率通常随着与喷嘴的输出端112b的距离而减小并且绘示中标记为点P₁、P₂、P₃。此行为可为所公开喷嘴110所特有。现有技术中使用的直线喷嘴(例如，图1A到图1B中的60)的偏转功率可随着与喷嘴(60)的距离而保持相当恒定。

在激光处理操作期间，形成飞向覆盖滑动件36的碎屑14。图4A中示意性地绘示一片实例碎屑的一个轨迹。横向射流J用于在碎屑向上飞时偏转所述碎屑，因此可保护覆盖滑动件36的区域不受碎屑影响。

从处理点12行进的碎屑(参见图2)遇到横向射流J。在横向射流J处，在横向射流J的气流的方向上加速碎屑。在其他两个方向上的速度分量受横向射流J的影响不明显。在横向射流J之后，碎屑往往进一步朝向由覆盖滑动件36限定的平面CS行进。一旦进一步向上到达，碎屑由于与横向射流J相互作用而已优选地覆盖滑动件36的平面CS中移动另外距离。目标是达成足以避开受横向射流J保护的覆盖滑动件36的区域的碎屑偏转，同时将需要供应的气体量最小化(即，减少气体消耗)。

在从处理点12行进而来的碎屑遇到横向射流J之后，例如，在碎屑可到达由覆盖滑动件36限定的平面CS之前碎屑行进了垂直距离D。一般来说，在碎屑已行进了垂直距离D之后需要将靠近射流的出口112b的碎屑偏转达覆盖滑动件36的直径。当然，点(P1)处所需的偏转大于点(P2)处所需的偏转，点(P2)处所需的偏转大于点(P3)处所需的偏转。点P1处所需的偏转小于点P4处所需的偏转。因此，对于在另一点处(诸如在点P3)处与喷嘴110的出口112b相对地与横向射流J横向的碎屑，仅小偏转将足以避开覆盖滑动件36。此外，本文中所公开的扇形横向射流J可减小横向在远离图4B中的水平对称线C的外围点处(诸如在点P1处)的碎屑的所需偏转距离。通过比较，横向在图4B中的水平对称线C上的中心点处(诸如点P4处)的碎屑的所需偏转距离将更大。

如所述，横向射流J放置在距覆盖滑动件36的平面CS距离D处。偏转碎屑所需的横向射流的速度随此距离D而减小。然而，距离D越大，横向射流J距工件越近，此可导致数个实际问题。因此，如所述，此距离D通常是覆盖滑动件36与工件10之间的间隙的约一半，但其可改变。将了解，工件10的表面可不平坦。对于远程焊接头来说，来自头的激光束的焦点可迅速地上下移动以使得能够焊接不平坦的工件，而头和横向射流并不移动。

最后，碎屑的原发地通常是空间中的固定点或仅限于用于焊接的空间中的特定体积。另外，横向射流J的距离D受上文所解释的数个考量限定。此外，在激光处理期间遇到的碎屑可具有各种特性，包括半径、特定密度、速度、飞行方向和原点。这些特性中的每一者取决于焊接过程、焊接的材料等，因此可鉴于问题考虑这些特性以将气体消耗最小化。总的来说，在激光处理期间使碎屑远离所需区域A受横向射流J的特性和用于产生横向射流J的喷嘴110的形状管控。确切来说，喷嘴110的形状(曲率、出射狭缝116的长度、出射狭缝116的高度等)和横向射流J中递送的气体量决定了与碎屑相互作用的横向射流J的特性。喷嘴110的形状(曲率、长度、高度等)可被选择为减少气体消耗。

根据本公开的横向射流喷嘴110被配置成减小需要递送以产生足以使碎屑转向的横向射流J的压缩气体或空气的量。减少的气体消耗进一步被配置成充分地保护覆盖滑动件36以使得无需过度更换覆盖滑动件36。为此，横向射流喷嘴110减少气体消耗，同时优选地维持或甚至改进与现有解决方案相同的偏转性能。依据偏转角α测量偏转性能。由于流出横向射流喷嘴110的发散流型，充分的偏转性能所需的偏转角α低于现有解决方案。

由于头20的内部光学器件和组件可在不需要通过机器人平移头20或不需要使具有机械加工的工作表面的工件位移的情况下在不同方向上引导激光束LB，因此本公开的激光处理头20可以是具有大覆盖滑动件36的远程焊接头。通常，由于工件大于远程头20的工作体积(或面积)，因此用于远程焊接的头20与机器人或平移台组合。由于大多数焊点相对短，因此使用远程头20的内部光学组件34(例如，检流计镜)来使激光束LB从一个焊点跳到下一焊点，速度比例如通过机器人可实现快得多。扩展到更高吞吐量的实时焊接，可通过机器人使头20不断地移动，并且可使头20内的检流计镜的移动与机器人的移动准确同步以在准确地在所需位置处产生焊点。

在一个实例中，覆盖滑动件36的直径可以是200mm大，并且在一个实例中激光束可被引导在上面的工作区域可以是约300mm×200mm。根据实施方式，其他配置是可能的。就所述远程焊接头20来说，具有曲线输出端112b的横向射流喷嘴110可递送相同的偏转性能来使碎屑从覆盖滑动件36偏转，同时所使用的气体消耗与常规直线喷嘴布置相比大约是一半。用于具有较大覆盖滑动件36的远程焊接头的所公开横向射流喷嘴110的相同原理还可用于固定焊接头。然而，在所述布置中，如果碎屑的来源相对于固定焊接头来说将具有恒定的位置，则可调整喷嘴110的曲线轮廓P和大小。并且，喷嘴110可被定位成更靠近中心轴CL。

图5A图解说明所公开喷嘴110的输出端112b的曲线轮廓P相对于期望没有碎屑的区域A的圆周37的示意性平面图。将了解，喷嘴110和覆盖滑动件不在同一平面中并且隔开先前所述的垂直距离D。为简单起见，组件相对于彼此的几何位置的论述可指代在横向射流J的平面中的投影。在图5A中所绘示的几何形状中，应没有碎屑的区域A的圆周37被绘示为具有半径Rc的圆圈。此表示碎屑应从中偏转的区域A。喷嘴110的输出端112b的曲线轮廓P被绘示为具有半径Rj的区段。示出由喷嘴110产生的横向射流的实例流线S从喷嘴110的输出端112b延伸，虚拟地来自于中心原点O。需要使此流线S遇到的任何碎屑向上偏转到最大距离L，因此碎屑可从覆盖滑动件36的区域A偏转。换句话说，在流线S进入区域A的点处，距离L将表示碎屑沿着流线的方向所需的偏转，因此碎屑将在从横向射流进一步向上飞时避开覆盖滑动件36。顺着流线S再往下，需要的偏转距离小于L。扇形横向射流也在更远处的距离产生的偏转更小。根据图4B，例如，点P1处的偏转将大于点P2处的偏转，点P2处的偏转将大于点P3处的偏转。更详细来说，所需偏转随着沿着流线S的距离而线性地减小，而从横向射流J递送的偏转可与随着到流线S的虚拟原点O的距离成反比地减小。为了向所有碎屑递送最低要求的偏转，沿着出射狭缝116每单位宽度(角范围)需要的气体越来越多。然而，出射狭缝116的总宽度减小得更多以使得气体消耗(即气体消耗＝气体/单位宽度x出射狭缝的宽度)最终减少。由于出射狭缝116的宽度比每单位宽度所需气体的增大更快地减小，因此气体消耗(考虑到碎屑)随着不断减小的Rj单调地减小。在曲率Rj沿着狭缝116恒定的情形下，此同样适用于是覆盖滑动件36的半径的大约一半的曲率Rj。流线S和中心线C彼此之间限定出角度θ。角度θ可到达最大角范围θm。输出端112b的最大角范围θm不需要超过与区域A的圆周相切的边界线B，但可视需要提供一些另外角范围。或者，沿着输出端112b的轮廓P的狭缝(116)可限定圆周区段。由于狭缝116的宽度短于直线配置使用的宽度，因此此减少了所需气体。

如所述，可通过选择横向射流的输出端112b的曲率半径Rj来减少所需气体。喷嘴110的较小曲率半径Rj产生更分散/扇形的横向射流。此可在不牺牲覆盖滑动件36的寿命的情况下与现有技术的横向射流的直线状态相比将常规气体消耗减少约40％。一般来说，喷嘴110的曲率半径Rj可小于覆盖滑动件36的半径，这在几何上与没有碎屑的区域的半径Rc相关。例如，喷嘴110的半径Rj可以是覆盖滑动件36的半径的约一半。此可远程焊接头的最优布置。但半径Rj大于覆盖滑动件的半径的喷嘴110可使用并且仍可减少气体消耗。例如，喷嘴的半径Rj可不到覆盖滑动件36的半径的四分之一。固定焊接头的布置可不同。因此，在没有限制的情况下，喷嘴110的半径Rj可小于、等于或大于覆盖滑动件36的半径并且可根据实施方式来配置，同时仍减少气体消耗。

轮廓P的曲率半径Rj可以是恒定的。尽管如此，当曲率半径Rj恒定时，偏离中心线C的横向射流的流线S(即呈角度|θ|>0)可使碎屑的偏转表现出色。例如，在横向射流的中心线C上横向射流喷嘴110以充分的速度递送，其中需要最大的偏转L(例如，在中心线C处偏转L可大约是覆盖滑动件36的直径)。在喷嘴的轮廓P的外边缘(例如切线B)处，所需偏转L明显更低，因此气流可减小。此可通过改变喷嘴110的出射狭缝(116)的高度(H)以使得狭缝(116)的高度朝向相对边缘更小并且在狭缝(116)的中间或中心相对大以减小局部气流来达成。因此，可通过随着与中心线C的角度θ增大而减小喷嘴110中的出口狭缝(116)的高度(H)来进一步减少气体消耗。

另外或另一选择为，可通过随着与中心线C的角度θ增大而减小输出端112b的曲率半径Rj来进一步减少气体消耗。确切来说，气体消耗随着狭缝116的宽度线性地缩放，所述气体消耗是曲率半径Rj和最大角范围θm的函数。可随着与中心线C的角度θ变大而减小喷嘴110的曲率半径Rj。继而，可通过随着角度θ增大而减小半径Rj来进一步减小狭缝116的宽度。较小半径Rj使得射流J更发散并且因此随着与喷嘴110的距离增大而使得“偏转功率”更快地减小。在角度θ较大的情况下，偏转功率的减小仍是可接受的，原因在于即使考虑到喷嘴端112b与区带A的起点之间的“死”距离d0所需偏转也较少。如此一来，气体消耗可减少到常规气体消耗的约40％或45％。

可通过进一步减小横向射流出口112b的曲线轮廓P的半径Rj以使得其产生更发散的流线S来进一步减小所需偏转L。此效果补偿了上文提及的横向射流J的偏转功率的更快减小。换句话说，减小的半径Rj增大了角度θ以使得推动碎屑更加向外并且因此需要的偏转更小。如此一来，可推动横向射流J的两个边缘处的碎屑更加向外，从而使得所需的偏转距离L更短。具有较短出射狭缝116的喷嘴110产生发散流型，这使得气体消耗较低。

在图5A中，横向射流端112b的轮廓P具有恒定的曲率半径。如上文所解释并且此处赘述，沿着从横向射流喷嘴110的中心到覆盖滑动件的区域A的末端的流线S的距离Λ随着与对称中心线C的角度θ的增大而减小。当偏转功率沿着每个流线S完全相同地减小时，具有此恒定曲率半径Rj的横向射流表现出色，但角度θ大，则需要的偏转功率较小。此出色表现可用于通过(i)随角度θ增大而减小狭缝116的高度H；和/或(ii)随角度θ增大而减小轮廓P的曲率半径来进一步优化喷嘴110。

例如，图5B图解说明所公开喷嘴的输出端112b的实例轮廓P的示意性平面图。相对于喷嘴的端部112b的轮廓P的可变曲率半径R2绘示恒定曲率半径R1。对称轴处的曲率R1、R2相等。针对最大角度θ，曲线R2的曲率半径减小到约恒定半径R1的十分之一。针对可变半径R2，轮廓P的宽度(角范围)短约20％，这使得气体消耗进一步减少。

可根据实施方式调整数个变量以减少气体消耗同时适合地防止碎屑到达覆盖滑动件。狭缝116的高度H、狭缝116的宽度W、轮廓P的曲率半径(其中半径是恒定的或改变的)，喷嘴的输出端112b与覆盖滑动件36的水平距离d和垂直距离D以及本文中所述的其他变量。举例来说，根据一个实施方案，出射狭缝116可具有相对小的高度H，约0.2mm。在另一个实例中，喷嘴的输出端112b可定位在后方，因此与区域A的距离d>0。

在操作期间，横向射流J可在喷嘴110的侧面处的空气中产生涡流。所述涡流可扰乱碎屑的轨迹。扰乱的碎屑可进入射流J与覆盖滑动件36之间的空间中并且可到达覆盖滑动件36。避免碎屑到这些区域的一种方式是，可减小激光头20的工作区域，因此激光束往往不会从喷嘴100的侧面处的区域产生碎屑。在另一个布置中，可使用箔片或阻障。

例如，图6A和图6B图解说明具有一组箔片120a-120b的所公开喷嘴110的示意性平面图和侧视图。箔片120a-120b可放置在喷嘴110的这些侧面区域中以防止形成涡流并且用作在这些侧面区域中通过的碎屑的阻障。

如此处所示，箔片120a-120b可以是水平地安置在横向射流J的平面中并且定位在喷嘴110的两个侧面处的金属板。箔片120a-120b的内边缘122可与区域A的圆周37大致相切地延伸。(如上文进一步所述，针对用于远程头上的喷嘴110，此投影的圆周至少与覆盖滑动件36的圆周同样大或大于覆盖滑动件36的圆周，原因在于来自远程头的会聚激光束可去到很多不同位置。然而，针对用于固定头上的喷嘴110，由于会聚(横位稳定)的束)，投影的圆周小于覆盖滑动件36的圆周。箔片120a-120b延伸的范围F可视需要根据焊接头的工作区域、在焊接期间产生的碎屑的特性和焊接头在操作期间的预期移动来配置。

图7A和图7B图解说明具有另一组箔片130a-130b的所公开喷嘴110的示意性平面图和侧视图。这些箔片130a-130b可以是垂直地安置在横向射流J的平面中并且定位在喷嘴110的两个侧面上的金属板。箔片130a-130b的内表面132可与区域A的圆周37大致相切地延伸。可配置箔片130a-130b的范围F视需要取决于激光头的工作区域、在焊接期间产生的碎屑的特性和激光头在操作期间的预期移动。另外，箔片130a-130b在喷嘴110的平面上方或下方的高度h1、h2可视需要来配置。为了避免干扰工作区域、周围夹具等等，箔片130a-130b的较低垂直高度h2优选地不会在横向射流J的平面下方延伸得太远，但可使用其他配置。

图8图解说明具有另一组箔片140a-140b的所公开喷嘴110的立体图。与上文所论述的箔片类似，这些箔片140a-140b包括在喷嘴110的两个侧面上的水平箔片区段142a-142b，并且箔片140a-140b包括安置在水平箔片区段142a-142b的内边缘上的垂直箔片区段143a-143b。再者，可配置箔片140a-140b的范围F视需要取决于激光头的工作区域、在焊接期间产生的碎屑的特性和激光头在操作期间的预期移动。同样地，箔片区段143a-143b在喷嘴110的平面上方或下方的高度h可视需要来配置。

图9图解说明具有另一种类型的箔片150的所公开喷嘴110的立体图。在此，箔片150定位在喷嘴110的输出端112b下方的一定距离处。箔片150呈具有弯曲边缘156的平面阻障形式以适应激光束的通过。箔片150由从喷嘴110的底部延伸的两个薄支腿152固持，以使得箔片150与喷嘴110之间存在大开口154。此开口154用于允许横向射流从周围吸入空气。箔片150将覆盖喷嘴110的输出端112a与区域A之间的“死”距离或区带，如先前所述。箔片150可阻挡碎屑通过此区带，这可具有另外的益处。此箔片150的特征可与本文中所公开的其他箔片中的任一者组合，例如，箔片150可更宽以使得箔片150也包括图6A到图6B的水平箔片120a-120b的功能。与喷嘴110的输出端112b相比箔片150的尺寸及其深度可被配置成满足实施方式的需要。

优选实施方案和其他实施方案的前述描述不旨在限制或局限申请人构想的本发明概念的范围或适用性。受益于本公开将了解，上文根据所公开主题的任何实施方案或方面所述的特征可在所公开主题的任何其他实施方案或方面中单独地或与任何其他所述特征组合地利用。

Claims (16)

1.一种用于在发射激光束的激光处理头的输出端与上面被引导有激光束的工作区域之间递送气体的喷嘴，所述喷嘴包括具有曲线轮廓的出口以在所述激光处理头的所述输出端与所述工作区域之间的平面中扇出所述气体的横向射流。

2.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述曲线轮廓的曲率半径小于所述输出端的覆盖滑动件的曲率半径。

3.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述曲线轮廓的曲率半径是所述输出端的覆盖滑动件的曲率半径的约一半。

4.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述曲线轮廓的曲率半径不到所述输出端的覆盖滑动件的曲率半径的约四分之一。

5.如权利要求1所述的喷嘴，其中曲率半径沿着所述曲线轮廓是恒定的。

6.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述曲线轮廓的曲率半径是变化的，所述曲线轮廓的边缘处小于所述曲线轮廓的中心处。

7.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述出口包括狭缝以使所述气体通过，所述狭缝具有沿着所述曲线轮廓的宽度，所述狭缝具有与所述宽度垂直的高度，并且所述狭缝的所述高度沿着所述宽度是恒定的。

8.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述出口包括狭缝以使所述气体通过，所述狭缝具有沿着所述曲线轮廓的宽度，所述狭缝具有与所述宽度垂直的高度，并且沿着所述狭缝的所述宽度，所述狭缝的所述高度在边缘处比所述狭缝的中心处窄。

9.如权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括箔片，所述箔片安置在所述喷嘴下方一定距离处并部分地延伸超出所述喷嘴的所述出口。

10.如权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括箔片，所述箔片安置在所述喷嘴的相对侧上并至少部分地延伸超出所述出口，其中所述箔片包括平行于所述输出端与所述工作区域之间的所述平面延伸的板，所述板中的每一者具有与所述输出端的覆盖滑动件的圆周相切的内边缘。

11.如权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括箔片，所述箔片安置在所述喷嘴的相对侧上并至少部分地延伸超出所述出口，其中所述箔片包括垂直于所述输出端与所述工作区域之间的所述平面延伸的板，所述板中的每一者具有与所述输出端的覆盖滑动件的圆周大致相切的内侧。

12.如权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括用于所述气体的供应线，所述供应线连接到所述喷嘴的入口。

13.如权利要求1所述的喷嘴，所述喷嘴还包括连接到所述喷嘴和所述激光处理头的支架。

14.一种用于材料处理的系统，所述系统包括用于将激光束发射到所述材料的工作区域的激光处理头，所述激光处理头包括：

输出端，所述输出端具有覆盖滑动件以使所述所发射的激光束通过；以及

喷嘴，所述喷嘴安装到所述激光处理头，具有出口，所述出口具有曲线轮廓以在所述覆盖滑动件与所述工作区域之间的平面中扇出气体的横向射流。

15.一种用于处理材料的方法，所述方法包括：

通过透射穿过激光处理头的输出端的覆盖滑动件的激光来辐射所述材料的工作区域；

从喷嘴的具有曲线轮廓的出口提供气体的横向射流；

通过在所述覆盖滑动件与所述工作区域之间的平面中扇出所述横向射流来使由在所述工作区域处激光处理所述材料所产生的碎屑远离所述输出端的所述覆盖滑动件转向。

16.如权利要求15所述的方法，其中从所述曲线轮廓扇出所述气体的所述横向射流包括使所述气体偏离所述曲线轮廓的曲率半径。