CN116689957A - 一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，包括相互连接的折线喷嘴件和辅助喷嘴基座，所述辅助喷嘴基座上设有通气孔和气流通道，所述气流通道的进气端连接通气孔，所述通气孔连接外部气源，所述气流通道出气端的气流与折线喷嘴件出气端的气流相交。与现有技术相比，本发明具有辅助切割质量好、效率高等优点。

Description

一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，尤其是涉及一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴。

背景技术

喷嘴为聚集光束或辅助气体的通道，是激光切割设备的重要组成部分。激光切割过程中，激光束将被切割材料融化(或气化)，再由辅助气体将融化材料吹走，因而喷嘴的设计决定了切割质量和切割效率。

目前对超音速喷嘴的设计一般采用简易折线超音速喷嘴，如中国专利CN101284333A公开了一种用于数控激光切割的简易折线缩放超音速喷嘴，包括平行段、收缩段、喉部和扩张段。扩张段为直线段，收缩段入口半径R0与喉部半径Rc之比由收缩段入口马赫数M0、喉部马赫数Mc和气体热力学系数k确定，扩张段出口半径R1与喉部半径Rc之比由扩张段出口马赫数M1、喉部马赫数Mc和气体热力学系数k确定，当R0/Rc＝const，R1/Rc＝const时，在气体压力作用下，超音速喷嘴的出口马赫数将保持为一个固定值。相对于传统会聚型喷嘴，其有效切割区域明显增加，能够改善切割效率提高切割质量。

但是，对于中厚板的切割，采用单一超音速喷嘴进行辅助切割，在切割过程中对切割质量的改善并不明显，仍有进一步改进的空间。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在采用单一超音速喷嘴进行辅助切割，在切割过程中对切割质量改善并不明显的缺陷而提供一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，包括相互连接的折线喷嘴件和辅助喷嘴基座，所述辅助喷嘴基座上设有通气孔和气流通道，所述气流通道的进气端连接通气孔，所述通气孔连接外部气源，所述气流通道出气端的气流与折线喷嘴件出气端的气流相交。

优选地，所述辅助喷嘴基座还包括与通气孔连通的安装孔，所述折线喷嘴件通过安装孔可拆卸连接辅助喷嘴基座，所述折线喷嘴件的外轮廓下端与安装孔的内轮廓的下端构成气流通道，所述气流通道的出气端为环状结构，所述折线喷嘴件的出气端位于气流通道的出气端的内部。

优选地，所述折线喷嘴件包括第一连接段，所述辅助喷嘴基座包括第二连接段；

所述第一连接段的内侧设有六角状的通孔，所述第一连接段的外侧设有螺纹，所述第二连接段的内侧设有螺纹，所述第一连接段螺纹连接第二连接段。

优选地，所述折线喷嘴件还包括第一定位段，所述安装孔的内侧设有环形定位段；

所述第一定位段位于第一连接段的下方，所述第一定位段的下端与环形定位段上端的形状相配合，所述第一定位段的直径大于环形定位段的内直径，所述第一定位段位于环形定位段的上方。

优选地，所述第一定位段的直径小于第一连接段，所述第一定位段和第一连接段的连接处构成压紧台阶，所述安装孔的内侧设有对应的支撑台阶，所述折线喷嘴件和安装孔之间设有密封圈，所述支撑台阶上设有与密封圈相配合的固定槽，所述密封圈位于固定槽内。

优选地，所述第二连接段的外侧设有螺纹，所述第二连接段通过螺纹连接外部设备。

优选地，所述辅助喷嘴基座还包括六角壁面段，所述六角壁面段的俯视图为等边六边形，所述通气孔的进气端位于六角壁面段的一侧。

优选地，所述折线喷嘴件的内部流道由上至下依次包括稳定段、收缩段和扩散段；所述稳定段的直径保持不变，所述收缩段的内直径由上至下逐渐变小，所述扩散段的直径由上至下逐渐变大。

优选地，所述折线喷嘴件和辅助喷嘴基座为一体式结构，所述气流通道为柱状通孔，所述气流通道位于折线喷嘴件出气端的一侧。

优选地，所述气流通道为圆锥状，所述气流通道内流出气流汇聚于预设点，所述折线喷嘴件内流出的气流经过预设点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本方案通过将折线喷嘴件和辅助喷嘴基座连接后得到双气流通道的喷嘴，从折线喷嘴件和气流通道同时向下端喷气，在这个过程中，通过气流通道辅助超音速气流通道进行激光切割，进而能够有效的提高切割质量，且装置整体结构简单，制造成本，低经济性高。

(2)本方案通过气流通道形成的环状气流包围了通过折线喷嘴件形成的超音速气流，隔绝了折线喷嘴件喷出的气流与外界空气的联系，破坏了超音速喷嘴在作业产生激波的条件，对于中厚板的切割采用的超音速气流将不会产生激波，进而能够有效的提高中厚板的切割质量。

(3)本方案通过将气流通道的下端设成圆锥状结构，辅助气流通过气流通道后，在折线喷嘴件出口一定距离的位置与折线喷嘴喷出的超音速气流汇流，汇聚点位于激光束汇聚点上下一定距离，用来发辅助折线喷嘴件的气流，能够起到辅助吹渣的作用，从而提高切割效率。

附图说明

图1为本发明提供的双气流喷嘴的剖视图；

图2为本发明提供的折线喷嘴件的结构示意图；

图3为本发明提供的辅助喷嘴基座的结构示意图；

图4为本发明提供的折线喷嘴件内部流道的局部放图；

图5为本发明提供的可选双流道喷嘴的结构示意图；

图6为本发明提供的可选双流道喷嘴的剖视图；

图中：1、折线喷嘴件，11、第一连接段，12、第一定位段，13、稳定段，14、收缩段，15、扩散段，16、压紧台阶，2、辅助喷嘴基座，21、安装孔，22、通气孔，23、气流通道，24、第二连接段，3、密封圈，4、环形定位段，5、支撑台阶，6、辅助喷嘴进气孔，7、辅助喷嘴出气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

本实施例提供了一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，如图1-4所示，包括相互连接的折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座2，辅助喷嘴基座2上设有通气孔22和气流通道23，气流通道23的进气端连接通气孔22，通气孔22连接外部气源，气流通道23出气端的气流与折线喷嘴件1出气端的气流相交。

通过将折线喷嘴件和辅助喷嘴基座连接后得到双气流通道的喷嘴，从折线喷嘴件和气流通道同时向下端喷气，在这个过程中，通过气流通道辅助超音速气流通道进行激光切割，进而能够有效的提高切割质量，且装置整体结构简单，制造成本，低经济性高。

作为一种优选的实施方式，如图1所示，辅助喷嘴基座2还包括与通气孔22连通的安装孔21，折线喷嘴件1通过安装孔21可拆卸连接辅助喷嘴基座2，折线喷嘴件1的外轮廓下端与安装孔的内轮廓的下端构成气流通道23，气流通道23的出气端为环状结构，折线喷嘴件1的出气端位于气流通道23的出气端的内部。

工作原理：将折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座2连接后得到双气流通道的喷嘴，从折线喷嘴件1和气流通道23同时向下端喷气，在这个过程中，通过气流通道23形成的环状气流包围了通过折线喷嘴件1形成的气流，使折线喷嘴件1喷出的气流隔绝了外界空气，破坏了超音速喷嘴在作业产生激波的条件。

本方案通过将折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座2连接后得到双气流通道的喷嘴，从折线喷嘴件1和气流通道23同时向下端喷气，在这个过程中，通过气流通道23形成的环状气流包围了通过折线喷嘴件1形成的气流，使折线喷嘴件1喷出的气流隔绝了外界空气，破坏了超音速喷嘴在作业产生激波的条件。通过双气流通道进行辅助激光切割，对于中厚板的切割采用的超音速气流将不会产生激波，进而能够有效的提高切割质量，且装置整体结构简单，制造成本，低经济性高。

具体的，折线喷嘴件1包括第一连接段11，辅助喷嘴基座2包括第二连接段24；

第一连接段11的内侧设有六角状的通孔，第一连接段11的外侧设有螺纹，第二连接段24的内侧设有螺纹，第一连接段11螺纹连接第二连接段24。将折线喷嘴件1与辅助喷嘴基座2螺纹连接，连接可靠的同时，密封性相对较好，且安装拆卸方便。

作为一种优选的实施方式，折线喷嘴件1还包括第一定位段12，安装孔21的内侧设有环形定位段4；

第一定位段12位于第一连接段11的下方，第一定位段12的下端与环形定位段4上端的形状相配合，第一定位段12的直径大于环形定位段4的内直径，第一定位段12位于环形定位段4的上方。

通过在安装孔21的内侧设置与折线喷嘴件1的第一定位段12对应的环形定位段4，使得折线喷嘴件1与安装孔21的相对位置，避免折线喷嘴件1与安装孔21连接时，出现过度旋转的情况，保证结构的安全性和位置精确度。

作为一种优选的实施方式，第一定位段12的直径小于第一连接段11，第一定位段12和第一连接段11的连接处构成压紧台阶16，安装孔21的内侧设有对应的支撑台阶5，折线喷嘴件1和安装孔21之间设有密封圈3，支撑台阶5上设有与密封圈相配合的固定槽，密封圈3位于固定槽内。

通过在折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座2之间设置密封圈3，以保证连接的密封性，以及装置的气密性。

具体的，第二连接段24的外侧设有螺纹，第二连接段24通过螺纹连接外部设备。

辅助喷嘴基座2还包括六角壁面段25，六角壁面段25的俯视图为等边六边形，通气孔22的进气端位于六角壁面段25的一侧。辅助喷嘴基座2与折线喷嘴件1螺纹连接，通过在辅助喷嘴基座2上设置六角壁面段25，方便在进行螺纹拧紧时，对辅助喷嘴基座2进行固定。

折线喷嘴件1的内部流道由上至下依次包括稳定段13、收缩段14和扩散段15；稳定段13的直径保持不变，收缩段14的内直径由上至下逐渐变小，扩散段15的直径由上至下逐渐变大。

收缩段14采用维托辛斯曲线，扩散段15为直线，即扩散段15的直径均匀增大。

作为一种优选的实施方式，如图5-6所示，折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座(2)为一体式结构，气流通道23为柱状通孔，气流通道23位于折线喷嘴件1出气端的一侧。通过气流通道23辅助超音速气流通道，起到辅助吹渣的作用，能够有效提高切割质量。

作为一种优选的实施方式，气流通道23为圆锥状，气流通道23内流出气流汇聚于预设点，折线喷嘴件1内流出的气流经过预设点。

通过将气流通道23的下端设成圆锥状结构，辅助气流通过气流通道23后，在折线喷嘴件1出口一定距离的位置与折线喷嘴15喷出的超音速气流汇流，汇聚点位于激光束汇聚点上下一定距离，用来发辅助折线喷嘴件1的气流，能够起到辅助吹渣的作用，从而提高切割效率。

结合上述优选的实施方式，本实施例还提供了一种可选的实施方式，如图1-4所示，具体为：

双气流喷嘴包括辅助喷嘴基座2、简易的折线喷嘴件1和密封圈3，辅助喷嘴基座2与简易折线喷嘴件1配合安装之后即可形成附壁形的辅助气流通道23。具体地，如图1-3所示，简易折线喷嘴件1安装于辅助喷嘴基座2内部，利用简易折线喷嘴件1内六角壁面将简易折线喷嘴件螺纹连接于辅助喷嘴基座2上，两者通过基座内环形定位段4和简易折线喷嘴件1的第一定位段12定位。密封圈3置于简易折线喷嘴件1和辅助喷嘴基座2之间起到密封作用。

辅助喷嘴基座包括用于双气流喷嘴装置安装的基座外六角壁面和基座外螺纹壁面，用于装配简易折线喷嘴结构的基座内螺纹内壁面和基座内定位壁面特征，以及用于形成辅助气流通道的基座流道壁面和基座辅助喷嘴进气孔。

如图4所示，简易折线喷嘴件1包括简易折线喷嘴，用于定位的外壁面和固定的外螺纹壁面，以及用于形成辅助气流通道的简易折线喷嘴结构外壁面。具体地，简易折线喷嘴包括稳定段13、收缩段14和扩散段15，稳定段13的长度为L₀、直径收缩段1的长度为L₁，喉部直径/>扩散段15的长度为L₂，扩散段15的出口直径/>其中收缩段采用维托辛斯曲线，扩散段采用斜直线。本实施例中L₁取12mm，/>取1.2mm，L₁取4mm，/>取1.2mm，L₂取1.6mm，/>取1.6mm。

辅助喷嘴基座2和简易折线喷嘴件1装配形成辅助气流通道23。具体地，由基座内定位为壁面下端和基座流道壁面与简易折线喷嘴结构外壁面形成的气流通道宽度为1mm。如图3所示，带箭头实线为简易折线超音速喷嘴气流方向，带箭头虚线为辅助气流方向。其中辅助气流沿着气流通道在简易折线喷嘴出口一定距里位置与简易折线超音速喷嘴气流汇合，汇聚点在激光束聚焦点上下，以便辅助简易折线喷嘴气流，改善中厚板的切割质量，提高切割效率。

本实施还提供一种可选的实施方式，如图5所示，简易折线超音速喷嘴与辅助喷嘴设置为一体件。具体地，在简易折线喷嘴结构上开设辅助喷嘴进气孔6和辅助喷嘴出气孔7。如图6所示，带箭头实线为简易折线喷嘴主气流方向，带箭头虚线为辅助喷嘴气流方向。两气流交汇点位于激光束汇聚焦点上下。通过辅助气流通道进行吹渣处理，提高激光切割的效率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，包括相互连接的折线喷嘴件(1)和辅助喷嘴基座(2)，所述辅助喷嘴基座(2)上设有通气孔(22)和气流通道(23)，所述气流通道(23)的进气端连接通气孔(22)，所述通气孔(22)连接外部气源，所述气流通道(23)出气端的气流与折线喷嘴件(1)出气端的气流相交。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述辅助喷嘴基座(2)还包括与通气孔(22)连通的安装孔(21)，所述折线喷嘴件(1)通过安装孔(21)可拆卸连接辅助喷嘴基座(2)，所述折线喷嘴件(1)的外轮廓下端与安装孔的内轮廓的下端构成气流通道(23)，所述气流通道(23)的出气端为环状结构，所述折线喷嘴件(1)的出气端位于气流通道(23)的出气端的内部。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)包括第一连接段(11)，所述辅助喷嘴基座(2)包括第二连接段(24)；

所述第一连接段(11)的内侧设有六角状的通孔，所述第一连接段(11)的外侧设有螺纹，所述第二连接段(24)的内侧设有螺纹，所述第一连接段(11)螺纹连接第二连接段(24)。

4.根据权利要求3所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)还包括第一定位段(12)，所述安装孔(21)的内侧设有环形定位段(4)；

所述第一定位段(12)位于第一连接段(11)的下方，所述第一定位段(12)的下端与环形定位段(4)上端的形状相配合，所述第一定位段(12)的直径大于环形定位段(4)的内直径，所述第一定位段(12)位于环形定位段(4)的上方。

5.根据权利要求4所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述第一定位段(12)的直径小于第一连接段(11)，所述第一定位段(12)和第一连接段(11)的连接处构成压紧台阶(16)，所述安装孔(21)的内侧设有对应的支撑台阶(5)，所述折线喷嘴件(1)和安装孔(21)之间设有密封圈(3)，所述支撑台阶(5)上设有与密封圈相配合的固定槽，所述密封圈(3)位于固定槽内。

6.根据权利要求3所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述第二连接段(24)的外侧设有螺纹，所述第二连接段(24)通过螺纹连接外部设备。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述辅助喷嘴基座(2)还包括六角壁面段(25)，所述六角壁面段(25)的俯视图为等边六边形，所述通气孔(22)的进气端位于六角壁面段(25)的一侧。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)的内部流道由上至下依次包括稳定段(13)、收缩段(14)和扩散段(15)；所述稳定段(13)的直径保持不变，所述收缩段(14)的内直径由上至下逐渐变小，所述扩散段(15)的直径由上至下逐渐变大。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)和辅助喷嘴基座(2)为一体式结构，所述气流通道(23)为柱状通孔，所述气流通道(23)位于折线喷嘴件(1)出气端的一侧。

10.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述气流通道(23)为圆锥状，所述气流通道(23)内流出气流汇聚于预设点，所述折线喷嘴件(1)内流出的气流经过预设点。