[实用新型]用于薄壁管材激光微加工的同轴水射流装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于薄壁管材激光微加工的同轴水射流装置。

背景技术

激光微加工由于加工效率高、切割残渣少、非接触加工、易实现加工过程的自动化等特点，因而成为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叠的激光脉冲点在管材上沿切割线移动,同时输入高压氧辅助熔化切割。激光聚焦点处材料熔融气化，熔渣被气体吹出,在金属管壁上形成切割轨迹。熔融气体和熔渣起初向外发射，但是最后，大部分的蒸汽都变成了碎屑，散布在烧蚀图样表面四周和刻槽内。碎屑的形成破坏了零件的外观和性能。它也降低了烧蚀效率，由于前一次留下来的碎屑可能挡住下一次扫描时激光光束传播的路径。

在激光切割大管径的管材时，小区域过热带来的影响不大。但是，很多应用中需要切割微小管径的管材，（管径一般小于5mm）在激光加工过程中会快速产生热量，零件的热扩散会产生热损伤，无论是热影响区、融化区域、重铸，还是渣滓，都改变了微结构。零件热影响区域危害了零件的完整性，进而明显降低了加工产量。

一般激光微加工工艺有干切和湿切两种工艺，干切工艺是将辅助气体吹在激光与材质作用区域,用于去除切口的碎渣并冷却激光作用区。湿切通常在小零件切割中有优势，因为小的金属零件在切割过程中会快速产生热量，湿切在保持热影响区温度最小方面具有重要作用，尤其是因为特扩散导致的温度增加，湿切能帮助维持工件中最佳的热管理。同时由于熔化及凝结后的材料仍残留在切口及切割表面。为了消除它们，有限气压的辅助气流通常在激光束附近被生成。

但是，这一气流并不十分有效，因为仅有一小部分的气体穿透进入切口。除了切口附近的碎屑，还有熔化颗粒以及蒸发材料在表面的沉积。而引入高压水到切割点，在工件表面会产生一层很薄的水膜。落在薄膜上的颗粒很快冷却并无法粘结在工件的表面。导水方式的具体实现：相比于干切工艺，湿切工艺多了导水环节，需要向切割点位置导入冷却水。

CN202006338U公开一种高功率激光切割机和导光系统，其包括水冷聚焦镜内筒、水冷聚焦镜外套，水冷聚焦镜内筒、水冷聚焦镜外套之间通有冷却水，聚集镜及其保护片安装在水冷聚焦镜内筒中，所述水冷聚焦镜内筒的激光输出端安装有纵向截面呈两端小、中间大的双锥形吹气套，在吹气套的上锥部外侧表面上设置有进气接头。

 CN1827282公开了一种用于CO₂数控激光切割机的数控激光切割头及其制造方法。数控激光切割头包括水冷组件，所述水冷组件的上、下部分均是整体式环形冷却水道结构，其环形冷却水槽是一次性机械加工成型的；采用以上技术使数控激光切割头在使用时气压与光能量的损耗小、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，并具有高强度、高耐压性和高导热性。

现有技术中并没有报道采用同轴进入冷却水的激光切割机，也没有报道采用同轴入射的水流减少热影响区，降低热应力以抑制工件表面裂纹产生的技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是激光加工微小管径管材的过程中，产生的热量对零件造成热损伤，碎屑不易清除，加工的工件使用寿命低的问题，提供一种用于薄壁管材激光微加工的同轴水射流装置，采用该装置加工微小管径的薄壁管材，具有热损伤小，碎屑易清除，加工的工件使用寿命长的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种用于薄壁管材激光微加工的同轴水射流装置，呈中空圆柱形，上端有光电传感器安装座3，光电传感器1和光电传感器调焦旋钮2设在光电传感器安装座3的上面，光电传感器安装座3下面，同轴水射流装置内部设有45⁰反射镜4，与45⁰反射镜4对应的圆柱体侧壁上，设有照明光源5，照明光源5的下面设有激光发生器6，45⁰反射镜4下面设有聚焦镜7，聚焦镜7对应的圆柱体侧壁上设有聚焦镜调焦微分头8，聚焦镜7的下面设有保护镜9，保护镜9的下面为具有双层结构的喷嘴11，水射流12从喷嘴11双层结构间通过，喷嘴11通过侧壁上的进水口13和高压供水单元10连接。

上述技术方案中，优选的技术方案同轴水射流装置还包括工作台15，上面放置待加工工件14，待加工工件14位于喷嘴11下方。优选的技术方案激光发生器6为光纤激光发生器。优选的技术方案喷嘴11呈圆环形，水射流12呈柱状。聚焦镜调焦微分头8用于水平或垂直调节聚焦镜7。