專利名稱：用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴。
背景技術(shù)：
激光切割技術(shù)由于具有減少加工時間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，而激光切割加工也漸漸有取代傳統(tǒng)刀具的趨勢。激光微加工由于加工效率高、切割殘渣少、非接觸加工、易實現(xiàn)加工過程的自動化等特點，因而成為薄壁管材加工的主要方法。薄壁管材的激光切割是由相互重疊的激光脈沖點在管材上沿切割線移動，同時輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點處材料熔融氣化，熔渣被氣體吹出，在金屬管壁上形成切割軌跡。熔融氣體和熔渣起初向外發(fā)射，但是最后，大部分的蒸汽都變成了碎屑，散布在燒蝕圖樣表面四周和刻槽內(nèi)。碎屑的形成破壞了零件的外觀和性能。它也降低了燒蝕效率，由于前一次留下來的碎屑可能擋住下一次掃描時激光光束傳播的路徑。在激光切割大管徑的管材時，小區(qū)域過熱帶來的影響不大。但是，很多應(yīng)用中需要切割微小管徑的管材，(管徑一般小于5mm)在激光加工過程中會快速產(chǎn)生熱量，零件的熱擴散會產(chǎn)生熱損傷，無論是熱影響區(qū)、融化區(qū)域、重鑄，還是渣滓，都改變了微結(jié)構(gòu)。零件熱影響區(qū)域危害了零件的完整性，進(jìn)而明顯降低了加工產(chǎn)量。CN202006338U公開一種高功率激光切割機和導(dǎo)光系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是水冷激光切割頭，其包括水冷聚焦鏡內(nèi)筒、水冷聚焦鏡外套，水冷聚焦鏡內(nèi)筒、水冷聚焦鏡外套之間通有冷卻水，聚集鏡及其保護(hù)片安裝在水冷聚焦鏡內(nèi)筒中，所述水冷聚焦鏡內(nèi)筒的激光輸出端安裝有縱向截面呈兩端小、中間大的雙錐形吹氣套，在吹氣套的上錐部外側(cè)表面上設(shè)置有進(jìn)氣接頭。CN1827282公開了一種用于CO2數(shù)控激光切割機的數(shù)控激光切割頭及其制造方法。數(shù)控激光切割頭包括水冷組件，所述水冷組件的上、下部分均是整體式環(huán)形冷卻水道結(jié)構(gòu)，其環(huán)形冷卻水槽是一次性機械加工成型的；采用以上技術(shù)使數(shù)控激光切割頭在使用時氣壓與光能量的損耗小、聚焦效果好、密封性好、被切割的板材厚度更大、板材利用率高，并具有聞強度、聞耐壓性和聞導(dǎo)熱性?，F(xiàn)有技術(shù)中的薄壁管材的激光切割是由相互重疊的激光脈沖點在管材上沿切割線移動，同時輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點處材料熔融氣化，熔渣被氣體吹出，在金屬管壁上形成切割軌跡。在激光加工技術(shù)中，激光噴嘴是最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，噴嘴用于向切割區(qū)噴射輔助氣體和聚焦后的激光束。在激光濕切加工是需要導(dǎo)水機構(gòu)把冷卻水引入到切割點輔助加工，這些導(dǎo)水機構(gòu)需要借助一些復(fù)雜的輔助設(shè)備才能把水順利導(dǎo)入到切割點。因此本發(fā)明提出一種適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，實現(xiàn)激光束、輔助氣體和冷卻水三者同軸，可以方便、簡單的把冷卻水引入到切割點輔助加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中激光加工微小管徑管材的過程中，激光噴嘴的耗損較大、導(dǎo)水機構(gòu)復(fù)雜的問題，提供一種適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，采用該噴嘴具有激光損耗小，對零件造成熱損傷小，導(dǎo)水機構(gòu)簡單的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，包括三部分:上部分為與激光發(fā)生器連接的連接模塊I，中部為過渡模塊II，下部為噴嘴模塊III，上連接座I內(nèi)部上設(shè)有聚焦鏡10，連接模塊I上設(shè)有上連接座1，上連接座I上端有外螺紋與激光發(fā)生器連接，下端的螺紋與過濾連接套4連接，并在接合處安裝硅膠墊2和滾花調(diào)節(jié)螺釘3 ;過渡模塊II上設(shè)有過渡連接套4，過渡連接套4上設(shè)有輔助氣體入口 5 ;噴嘴模塊III由噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7組成，在噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7上有螺紋，二者通過螺紋配合連接，并在連接處通過O形密封圈6密封；高壓水入口 8設(shè)置于噴嘴外芯7的側(cè)壁上，開口方向與噴嘴方向垂直。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案為輔助氣體入口 5用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，通入的輔助氣體與激光束同軸。優(yōu)選的技術(shù)方案為從激光發(fā)生器出射的激光通過安裝在上連接座I上的聚焦鏡10聚焦后，發(fā)射到噴嘴內(nèi)芯9上，冷卻水通過噴嘴外芯7上的高壓水入口 8，進(jìn)入噴嘴外芯的通道內(nèi)。優(yōu)選的技術(shù)方案為噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7采用紫銅材料制作。優(yōu)選的技術(shù)方案為噴嘴內(nèi)芯9比噴嘴外芯7長。優(yōu)選的技術(shù)方案為在噴嘴內(nèi)芯9上有外螺紋，噴嘴外芯7上有內(nèi)螺紋，二者通過螺紋配合連接。優(yōu)選的技術(shù)方案為高壓水為進(jìn)行脫氣處理的純凈水或二次過濾后的純凈水。本發(fā)明提出的同軸式的激光噴嘴中:
上連接座上端攻有外螺紋與激光發(fā)生器連接，下端的螺紋與過濾連接套連接，在連接的接合處安裝硅膠墊，起緩沖和微調(diào)作用。滾花調(diào)節(jié)螺釘用于手動調(diào)節(jié)噴嘴模塊與激光發(fā)生器的同軸度。在輔助氣體入口通入高壓輔助氣體，從激光發(fā)生器出射的激光通過安裝在上連接座上的聚焦鏡聚焦后，發(fā)射到噴嘴內(nèi)芯。因此噴嘴內(nèi)芯為高壓輔助氣體和激光束的共同通道。冷卻水通過噴嘴外芯上的高壓水入口，進(jìn)入噴嘴外芯的通道內(nèi)。在噴嘴內(nèi)芯和外芯的連接處通過O形密封圈密封，防止水流進(jìn)入噴嘴內(nèi)芯。高壓水入口設(shè)置于噴嘴外芯的側(cè)壁上，通孔的方向與噴嘴芯垂直?？刂扑鲏毫κ构ぷ魉淞鞑粫谒莘e中變成渦流。輔助氣體入口用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，通入的輔助氣體與激光束同軸。若氣流與光束不同軸時，則在切割時易產(chǎn)生大量飛濺。因為紫銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性，因此噴嘴內(nèi)外芯采用紫銅材料制作。噴嘴內(nèi)芯孔壁光滑，可保證氣流的順暢，避免因出現(xiàn)紊流而影響切口質(zhì)量。又因為紫銅材料優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，噴嘴內(nèi)外芯的密封腔充入高壓冷卻水可以降低噴嘴內(nèi)芯的溫度，降低噴嘴內(nèi)芯的耗損。噴嘴內(nèi)芯是易耗損件，噴嘴模塊采用內(nèi)外芯配合的方式制作，一旦噴嘴內(nèi)芯損壞，只要更換噴嘴內(nèi)芯，不需要整個噴嘴更換。在激光加工時水流會吸收部分激光，激光在水流中的距離越長，激光能量耗損越多。因此在本發(fā)明中為盡可能減少水流對激光的吸收，設(shè)計中噴嘴內(nèi)芯比噴嘴外芯距離長，盡可能使得激光在水中穿行的距離短。為了減小激光在水束中傳播的能量衰減，本發(fā)明中使用脫氣或二次過濾后的純凈水。本發(fā)明提出一種同軸式水射流激光噴嘴，激光加工過程中保證激光束、輔助氣體和高壓水流三者同軸的噴嘴。利用同軸式的冷卻水流對噴嘴進(jìn)行冷卻，可以降低激光加工過程中噴嘴的耗損，同時把冷卻水簡單，方便的引入到切割點。對于價格昂貴且唯一有損耗可能的噴嘴而言，由于本發(fā)明提出的同軸式噴嘴裝置，使用低壓純水不但時時降低了噴嘴溫度，使得光和噴嘴組合位置被控制在低光照強度，減少了噴嘴敏感邊緣的光照強度，而且對噴嘴無任何損害，在薄壁管材激光微加工技術(shù)領(lǐng)域中，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為同軸式噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖2同軸式噴嘴俯視圖。圖1中，I為連接模塊；II為過度模塊JII噴嘴模塊。I為上連接座，2為硅膠墊，3為滾花調(diào)節(jié)螺釘，4為過渡連接套，5為輔助氣體入口，6為O形密封圈，7為噴嘴外芯，8為高壓水入口，9為噴嘴內(nèi)芯，10為聚焦鏡。圖2中，3為滾花調(diào)節(jié)螺釘,8為高壓水入口。下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實施例。具體實施例實施例1
本實施例提供一種適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，如圖1所示，包括三部分:上部分為與激光發(fā)生器連接的連接模塊I，中部為過渡模塊II，下部為噴嘴模塊III，上連接座I內(nèi)部上設(shè)有聚焦鏡10，連接模塊I上設(shè)有上連接座1，上連接座I上端有外螺紋與激光發(fā)生器連接，下端的螺紋與過濾連接套4連接，并在接合處安裝硅膠墊2和滾花調(diào)節(jié)螺釘3 ;過渡模塊II上設(shè)有過渡連接套4，過渡連接套4上設(shè)有輔助氣體入口 5 ;噴嘴模塊III由噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7組成，在噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7上有螺紋，二者通過螺紋配合連接，并在連接處通過O形密封圈6密封；高壓水入口 8設(shè)置于噴嘴外芯7的側(cè)壁上，開口方向與噴嘴方向垂直。輔助氣體入口 5用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，通入的輔助氣體與激光束同軸，從激光發(fā)生器出射的激光通過安裝在上連接座I上的聚焦鏡10聚焦后，發(fā)射到噴嘴內(nèi)芯9上，冷卻水通過噴嘴外芯7上的高壓水入口 8，進(jìn)入噴嘴外芯的通道內(nèi)，噴嘴內(nèi)芯9和噴嘴外芯7采用紫銅材料制作，噴嘴內(nèi)芯9比噴嘴外芯7長，在噴嘴內(nèi)芯9上有外螺紋，噴嘴外芯7上有內(nèi)螺紋，二者通過螺紋配合連接，高壓水為進(jìn)行脫氣處理的純凈水。該同軸式水射流激光噴嘴，利用同軸式的冷卻水流對噴嘴進(jìn)行冷卻，可以降低激光加工過程中噴嘴的耗損，同時把冷卻水簡單，方便的引入到切割點。該實施例 的同軸式噴嘴裝置，使用低壓純水不但降低了噴嘴溫度，使得光和噴嘴組合位置被控制在低光照強度，減少了噴嘴敏感邊緣的光照強度，并且而且對噴嘴無任何損害，在激光加工微小管徑管材的過程中引入高壓水快速冷卻，防止管材的過度灼燒，減少切割過程中的污染。
權(quán)利要求
1.一種用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，包括三部分:上部分為與激光發(fā)生器連接的連接模塊I，中部為過渡模塊II，下部為噴嘴模塊III，連接模塊I上設(shè)有上連接座(1)，上連接座(I)內(nèi)部上設(shè)有聚焦鏡(10)，上連接座(I)上端有外螺紋與激光發(fā)生器連接，下端的螺紋與過濾連接套(4)連接，并在接合處安裝硅膠墊(2)和滾花調(diào)節(jié)螺釘(3);過渡模塊II上設(shè)有過渡連接套(4)，過渡連接套(4)上設(shè)有輔助氣體入口(5);噴嘴模塊III由噴嘴內(nèi)芯(9)和噴嘴外芯(7)組成，在噴嘴內(nèi)芯(9)和噴嘴外芯(7)上有螺紋，二者通過螺紋配合連接，并在連接處設(shè)有O形密封圈(6)密封；高壓水入口(8)設(shè)置于噴嘴外芯(7)的側(cè)壁上，開口方向與噴嘴方向垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于輔助氣體入口(5)通入的輔助氣體與激光束同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于從激光發(fā)生器出射的激光通過安裝在上連接座(I)上的聚焦鏡(10)聚焦后，發(fā)射到噴嘴內(nèi)芯(9)上，冷卻水通過噴嘴外芯(7 )上的高壓水入口( 8 )，進(jìn)入噴嘴外芯(7 )的通道內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于噴嘴內(nèi)芯(9)和噴嘴外芯(7)采用紫銅材料制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于噴嘴內(nèi)芯(9)比噴嘴外芯(7)長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于在噴嘴內(nèi)芯(9)上有外螺紋，噴嘴外芯(7)上有內(nèi)螺紋，二者通過螺紋配合連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，其特征在于高壓水為進(jìn)行脫氣處理的 純凈水或二次過濾后的純凈水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于薄壁管材激光微加工的同軸式噴嘴，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中激光加工微小管徑管材的過程中，激光噴嘴的耗損較大、導(dǎo)水機構(gòu)復(fù)雜的問題，本發(fā)明通過采用一種同軸式噴嘴，包括三部分上部分為與激光發(fā)生器連接的連接模塊Ⅰ，中部為過渡模塊Ⅱ，下部為噴嘴模塊Ⅲ，噴嘴模塊Ⅲ由噴嘴內(nèi)芯(9)和噴嘴外芯(7)組成，在噴嘴內(nèi)芯(9)和噴嘴外芯(7)上有螺紋，二者通過螺紋配合連接，并在連接處通過O形密封圈(6)密封；高壓水入口(8)設(shè)置于噴嘴外芯(7)的側(cè)壁上，開口方向與噴嘴方向垂直的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于激光濕切割加工的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號B23K26/38GK103212802SQ20121001583
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者魏志凌, 寧軍, 馬秀云 申請人:昆山思拓機器有限公司