具有內(nèi)部可動元件和外蓋的激光噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠在激光束切割中使用的激光噴嘴，該激光噴嘴具有內(nèi)部可動 元件，該可動元件包括允許將切割氣體集中在切縫中的裙部，該激光噴嘴還更容易在工業(yè) 上實(shí)施以及具有更長的使用壽命。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光束切割需要使用一般由銅制成的噴嘴，所述噴嘴引導(dǎo)氣體并允許激光束通 過。
[0003] 對于在0· 6mm到2mm之間的工作距離而言，這些噴嘴的輸出孔口的直徑典型地介 于0· 5mm到3mm之間。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)切割，需要在聚焦頭中使用一般為數(shù)巴的高壓力，用以允許氣體滲透到 切縫中以沖出熔融金屬。
[0005] 然而，所使用氣體的大部分一通常在50%到90%之間一對切割過程、也就是對熔 融金屬的排出沒有作用，因?yàn)樗鼡p耗到切縫的側(cè)邊。
[0006] 這些氣體損耗事實(shí)上歸咎于噴嘴孔口的流動截面積與焦斑的尺寸之間的巨大差 異。因此，通過指出的方式，具有直徑為I. 5_的輸出孔口的噴嘴的流動截面積是由通過該 噴嘴的激光束形成的焦斑的截面積的25倍。
[0007] 然而，如果沒有足量的氣體滲透到切縫中，則會存在具有切割缺陷的外觀，尤其是 附著飛濺物和/或氧化痕跡。
[0008] 嘗試通過減小噴嘴孔口的直徑來解決此問題并不理想，因?yàn)闀虼顺袚?dān)激光束將 沖擊噴嘴的內(nèi)部并且損壞噴嘴的風(fēng)險(xiǎn)。減小噴嘴孔口的直徑另外還損害切割質(zhì)量和/或性 能。
[0009] 此外，存在一定數(shù)量的提出用于促進(jìn)氣體進(jìn)入切縫中各種解決方案的文獻(xiàn)，例 如 EP-A-1669159、JP-A-62006790、JP-A-61037393、JP-A-63108992、JP-A-63040695 和 US-A-4, 031，351〇
[0010] 然而，這些解決方案無一是真正理想的，因?yàn)樗鼈兺ǔ６季哂须y于實(shí)施的結(jié)構(gòu)、相 對于常規(guī)噴嘴而言體積龐大，和/或具有有限的效率。
[0011] 特別地，文獻(xiàn)US-A-4, 031，351公開了一種激光切割噴嘴，該激光切割噴嘴包括可 動元件，該可動元件的端部由彈簧壓靠在待切割部件的表面上以促進(jìn)切割氣體噴射到切縫 中。
[0012] 此解決方案的主要缺點(diǎn)在于以下事實(shí)：增加至切割氣體的壓力的由彈簧在板材的 方向上施加的力引起可動元件在待切割的板材上施加一很大的力。因此存在板材變形、劃 傷或甚至被可動元件拖拽的風(fēng)險(xiǎn)，所述可動元件一般僅簡單地放置在工業(yè)切割機(jī)的工作臺 上。
[0013] 為了補(bǔ)救該缺點(diǎn)，2011年5月16日提交的法國專利申請No. 1154224中提出了將 可動元件設(shè)置在激光噴嘴的主體中。該可動元件能夠在氣體壓力的作用下沿待切割的表面 的方向在所述主體中軸向移動?？蓜釉虼顺懈畹陌宀牡纳媳砻嬉苿硬⑴c其接觸， 可動元件以此方式形成將切割氣體集中在切縫中的裙部，由此迫使氣體滲透到所述切縫中 并提尚其效率。
[0014] 此外，該噴嘴包括彈性元件，該彈性元件在可動元件上沿趨于使其移動離開板材 的方向施加彈性回復(fù)力。因此，當(dāng)氣體被切斷時，可動元件可返回到其休止位置并且裙部縮 回到噴嘴主體中。
[0015] 然而，尤其在工業(yè)使用的背景下，該解決方案依然存在某些問題。
[0016] 因此，工業(yè)激光切割機(jī)和相關(guān)的激光聚焦頭如本身已知的那樣采用電容距離感測 系統(tǒng)來確保聚焦頭在待切割板材上方以恒定的距離移動。
[0017] 這些系統(tǒng)利用電容效應(yīng)來檢測構(gòu)成電容器的兩個導(dǎo)電元件之間的距離的微小變 化。通過測量該電容器的電容來確定分隔兩個導(dǎo)電元件的距離，所述電容尤其取決于分隔 所述導(dǎo)電元件的介質(zhì)的介電常數(shù)。
[0018] 切割機(jī)一般配備有由諸如銅的導(dǎo)電材料形成的常規(guī)激光噴嘴。當(dāng)噴嘴安裝在頭的 端部上時，它與電容傳感器系統(tǒng)電連接。因此，電容傳感器能測量板材與面對該板材定位的 噴嘴的平坦端部表面間的電容。
[0019] 該電容傳感器自身與用于控制聚焦頭的移動的裝置電連接，以在測得的電容變化 的情況下調(diào)節(jié)頭的高度或在噴嘴與板材接觸的情況下停止頭的移動。
[0020] 通過將激光束的焦點(diǎn)維持在相對于板材的表面恒定的位置，該電容傳感器系統(tǒng)可 以保證在速度和切割品質(zhì)方面一致的切割性能。它還可以在板材上存在障礙物的情況下停 止機(jī)器。
[0021] 因此本質(zhì)上不中斷其操作。
[0022] 然而，諸如法國專利申請No. 1154224中所述的具有可動元件的激光噴嘴的使用 不易與這種系統(tǒng)兼容。
[0023] 具體地，噴嘴的可動元件形成與待切割板材接觸的裙部。為了保證該可動元件能 耐受切割過程發(fā)出的熱和熔融金屬的飛濺物，它可由諸如銅、黃銅等金屬形成。
[0024] 然而，金屬的可動元件然后既與板材接觸一即它處于與板材相同的電位，又與自 身由導(dǎo)電材料形成的噴嘴主體的內(nèi)壁接觸。因此有必要停用電容傳感器以防止切割機(jī)發(fā)生 故障。
[0025] 容許機(jī)器的電容傳感器工作的一種解決方案是使用由電絕緣材料形成的可動元 件。然而，該解決方案并不理想，因?yàn)殡娊^緣材料一般不太耐切割過程發(fā)出的強(qiáng)熱和熔融金 屬的飛濺物和/或熱沖擊。
[0026] 因此，要解決的問題是如何尤其通過提供一種激光噴嘴來減輕全部或一部分上述 缺點(diǎn)，所述激光噴嘴相對于已有的解決方案具有大幅提高的可靠性和使用壽命且更容易在 工業(yè)上實(shí)施，并且不中斷或比現(xiàn)有技術(shù)明顯更少地中斷工業(yè)切割機(jī)所配備的電容距離感測 系統(tǒng)的工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 本發(fā)明的解決方案因此為一種激光噴嘴，該激光噴嘴包括：
[0028] -噴嘴主體，該噴嘴主體包括第一軸向容納部，該第一軸向容納部包括位于噴嘴主 體的前部面中的第一輸出孔口；
[0029] -可動元件，該可動元件設(shè)置在噴嘴主體的第一軸向容納部中，該可動元件包括 形成裙部（裙?fàn)畈浚瑖鷵醪浚┑那安坎糠趾途哂械诙敵隹卓诘妮S向通路，該第二輸出孔口 從形成裙部的所述前部部分顯現(xiàn)，該可動元件能在施加于該可動元件上的氣體壓力的作用 下沿第一輸出孔口的方向在該第一軸向容納部中平移移動；和
[0030] -彈性元件，該彈性元件在噴嘴主體與可動元件之間設(shè)置在第一軸向容納部中，所 述彈性元件在可動元件上施加趨向于抵抗沿第一輸出孔口的方向在第一軸向容納部中的 平移移動的彈性回復(fù)力，
[0031] 其特征在于，該噴嘴還包括外蓋，該外蓋形成圍繞全部或部分噴嘴主體的套筒。
[0032] 根據(jù)情況，本發(fā)明的噴嘴可包括以下技術(shù)特征中的一個或多個：
[0033] -外蓋包括第一外周（周向）壁，噴嘴主體包括第二外周壁，所述第一和第二外周 壁的全部或一部分形成接觸，或者所述第一和第二外周壁彼此間隔開；
[0034]-可動元件能沿第一輸出孔口的方向在第一軸向容納部中平移移動至所述前部部 分通過第一輸出孔口伸出到所述第一軸向容納部的外部；
[0035] -外蓋包括第二軸向容納部，該第二軸向容納部包括位于所述外蓋的前部面中的 第三輸出孔口，當(dāng)該前部部分伸出到第一軸向容納部的外部時，所述第三輸出孔口顯現(xiàn)在 可動元件的軸向通路的所述第二輸出孔口上游；
[0036] -該噴嘴主體由電絕緣材料形成，該外蓋由導(dǎo)電材料形成；
[0037] -該可動元件能在多個位置之間移動，所述多個位置包括：
[0038] .休止位置，在該位置中該可動元件的前部部分完全或幾乎完全縮回到軸向容納 部中；和
[0039] .工作位置，在該位置中該可動元件的前部部分的裙部通過第一輸出孔口完全或 幾乎完全伸出到軸向容納部的外部；
[0040] -布置在該噴嘴主體與該可動元件之間的至少一個密封元件，例如一個或多個0 形環(huán)；
[0041] -所述至少一個密封元件布置在形成于該可動元件的外周壁中的外周槽內(nèi)；
[0042] -該可動元件的軸向通路呈錐形、截頭錐形或會聚/發(fā)散的形狀；
[0043] -該噴嘴主體由電絕緣材料形成，尤其是電絕緣的技術(shù)陶瓷例如A1203、A1N、ZrO 2 或Al2TiO5，