CN204234971U - 激光水下切割喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种激光水下切割喷嘴。传统会聚型喷嘴时，射出的气流紊流度大 , 喷出气流会突然膨胀形成激波，激波的存在使激光焦点位置发生改变，切割直线度下降，涡流的存在使得熔渣排除困难且容易导致等离子体的形成而吸收激光能量，严重影响切割质量。一种激光水下切割喷嘴，其组成包括：稳定段 L1 、收缩段 L2 、喉口 L3 和扩张段 L4 组成，稳定段段 L1 端部带螺纹（ 1 ）和防水圈槽（ 2 ）与激光切割枪体末端连接，收缩段 L2 一端与稳定段 L1 圆滑过渡连接，收缩段 L2 另一端与所述的喉口 L3 圆滑过渡连接，喉口 L3 为圆柱状结构，扩张段 L4 采用锥形直线扩张结构，扩张段 L4 末端为激光水下切割喷嘴的最末端。本实用新型应用于激光水下切割喷嘴。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种激光水下切割喷嘴。
背景技术：
切割喷嘴是激光水下切割技术的关键部件，目前大气环境下的激光切割喷嘴种类较多，主要为传统会聚型喷嘴；在水下环境厚板大功率激光切割方面，没有专用的切割喷嘴。在水下环境，尤其是深水条件下进行激光切割时，所需的切割气体压力增加，气体束流挺度及流量要求更高，使用传统会聚型喷嘴时，射出的气流紊流度大,喷出气流会突然膨胀形成激波，激波的存在会使得激光焦点位置发生变化,使切割面直线度下降，涡流的存在又使熔渣排除困难，且容易导致等离子体的形成而吸收激光能量，严重影响切割质量。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种激光水下切割喷嘴。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种激光水下切割喷嘴，其组成包括：稳定段L1、收缩段L2、喉口L3和扩张段L4组成，所述的稳定段段L1端部带螺纹和防水圈槽与激光切割枪体末端连接，所述的收缩段L2一端与所述的稳定段L1圆滑过渡连接，所述的收缩段L2另一端与所述的喉口L3圆滑过渡连接，所述的喉口L3为圆柱状结构，所述的扩张段L4采用锥形直线扩张结构，所述的扩张段L4末端为激光水下切割喷嘴的最末端。
所述的激光水下切割喷嘴，所述的收缩段L2为8.0mm～9.0mm，所述的喉口L3的长度小于喉口L3的直径，所述的喉口段L3的直径D2为3.0mm～3.5mm，所述的收缩段L2的半锥角为25°～30°，所述的扩张段L4的半顶角为5°，所述的扩张段L4末端直径D3为4.2mm～4.6mm。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型的激光水下切割喷嘴改变了传统会聚型喷嘴的设计结构，采用了稳定-汇聚-扩张结构，进入到喷嘴的较大流量较低压力的切割气体经过稳定段后紊流度降低，均匀度升高，后经锥形收缩段，气流流速提高，气体压力增加，到达喉口部位，气流压力达到极限状态，后经喇叭状扩张段，气压降低，气体流速进一步增加，气流稳定性增强。经过收缩-扩张过程，喷嘴末端获得挺度较好的超音速切割气流。本实用新型的激光水下切割喷嘴体积小、散热性好、轻便耐用，利于切割过程中的对中、定位、更换等操作，配合大功率激光光束对厚板材料进行水下切割作业时，切割面平整、切缝垂直度高、切割效率高，切割质量稳定。
附图说明：
附图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种激光水下切割喷嘴，其组成包括：稳定段L1、收缩段L2、喉口L3和扩张段L4组成，所述的稳定段段L1端部带螺纹1和防水圈槽2与激光切割枪体末端连接，所述的收缩段L2一端与所述的稳定段L1圆滑过渡连接，所述的收缩段L2另一端与所述的喉口L3圆滑过渡连接，所述的喉口L3为圆柱状结构，所述的扩张段L4采用锥形直线扩张结构，所述的扩张段L4末端为激光水下切割喷嘴的最末端。
实施例2：
根据实施例1所述的激光水下切割喷嘴，所述的收缩段L2为8.0mm～9.0mm，所述的喉口L3的长度小于喉口L3的直径，所述的喉口段L3的直径D2为3.0mm～3.5mm，所述的收缩段L2的半锥角为25°～30°，所述的扩张段L4的半顶角为5°，所述的扩张段L4末端直径D3为4.2mm～4.6mm。
实施例3：
根据实施例1所述的激光水下切割喷嘴，所述的喉口L3部位的喉口直径D2的计算，可根据公式（1）进行。
（1）
式中：Fm为气体流量；K为气体的等压热容量与等容热容量之比,对于双原子分子O2，K=1.4；R为气体常数；P0为气体工作压力；T0为气体温度；A为喉口断面积。
所述的收缩段L2取决于收缩段的半锥角、稳定段直径和喉口段直径，可按公式（2）计算得出，收缩段曲线形状由两段圆弧相切连接构成，根据几何关系公式计算得出。
L2=ctgα(D1/2-D2/2) （2）
式中：α为收缩段半锥角，取25°～30°；D1为稳定段直径；D2为喉口部位直径。
实施例4：
采用实施例1所述的激光水下切割喷嘴进行切割试验：待切割材料为30mm厚Q345钢板，50米模拟水深环境下进行切割。激光器为德国通快公司生产的Trudisk 6002碟形固体激光器，最大输出功率为6.0KW，实际使用功率为5.0KW，聚焦透镜焦距600mm，实验喷嘴选用图1所示激光水下切割喷嘴，切割氧气压力0.8MPa，局部排水压力6.5MPa，切割速度1.0m/min。实验结果：采用以上切割工艺参数进行切割，切割过程稳定，切缝平直度高且背面挂渣量少，切缝宽度均匀，切割面光洁度高，切割效果良好。
Claims (2)
1.一种激光水下切割喷嘴，其组成包括：稳定段L1、收缩段L2、喉口L3和扩张段L4组成，其特征是：所述的稳定段L1端部带螺纹和防水圈槽与激光切割枪体末端连接，所述的收缩段L2一端与所述的稳定段L1圆滑过渡连接，所述的收缩段L2另一端与所述的喉口L3圆滑过渡连接，所述的喉口L3为圆柱状结构，所述的扩张段L4采用锥形直线扩张结构，所述的扩张段L4末端为激光水下切割喷嘴的最末端。
2.根据权利要求1所述的激光水下切割喷嘴，其特征是：所述的收缩段L2为8.0mm～9.0mm，所述的喉口L3的长度小于喉口L3的直径，所述的喉口段L3的直径D2为3.0mm～3.5mm，所述的收缩段L2的半锥角为25°～30°，所述的扩张段L4的半顶角为5°，所述的扩张段L4末端直径D3为4.2mm～4.6mm。
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Cited By (2)
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| WO2018068853A1 (de) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laserschneiddüse für eine laserbearbeitungsanlage mit einem konvergenzabschnitt und einem divergenzabschnitt; laserbearbeitungsanlage mit einer solchen düse; verfahren zum betrieben einer solchen laserbearbeitungsanlage |
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