[发明专利]具有可移动元件的激光喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在激光束切割中使用的激光喷嘴，该激光喷嘴具有内部的可移动元件，该可移动元件包括用于将切割气体集中在切割缝中的围挡部。

背景技术

通过激光束进行切割需要使用一般由铜制成的喷嘴，所述喷嘴具有引导气体并允许激光束通过的效果。

对于在0.6mm到2mm之间的工作距离而言，喷嘴的输出孔口的直径通常介于0.5mm到3mm之间。

为了允许切割，需要在聚焦头中使用一般为数巴的高压力，用以使气体能够进入缝中以排出熔融金属。

然而，所使用气体的大部分（通常在50%到90%之间）对切割过程、也就是对熔融金属的挤出没有作用，因为切割过程在切割缝的侧边开始。

这些气体损耗事实上归咎于喷嘴孔口的流动截面与焦斑的尺寸之间的巨大差异。因此，通过指出的方式，具有直径为1.5mm的输出孔口的喷嘴的流动截面是由通过该喷嘴的激光束形成的焦斑的截面的25倍。

然而，如果使用比例不足的气体，则会存在具有切割缺陷的外观，尤其是附着飞溅物和/或氧化痕迹。

尝试通过减小喷嘴孔口的直径来补救这种情况并不理想，因为会因此出现激光束冲击喷嘴的内部并且损坏喷嘴的风险，这另外还损害切割质量和/或性能。

此外，存在一定数量的提出用于尝试帮助气体进入缝中的各种方案的文献，例如，EP-A-1669159、JP-A-62006790、JP-A-61037393、JP-A-63108992、JP-A-63040695和US-A-4,031,351。

然而，这些方案无一是真正理想的，因为它们通常都具有难于实施的结构、具有大于商用喷嘴尺寸的尺寸，和/或具有有限的效力。此外，现有的方案并不适合于在工业激光切割中使用。

特别地，文献US-A-4,031,351公开了一种激光切割喷嘴，该激光切割喷嘴包括可移动元件，该可移动元件的端部压靠在待切割部件的表面上以帮助切割气体进入缝中。为此，喷嘴设置有弹簧，该弹簧在可移动元件上施加压力以使该可移动元件沿待切割部件的方向移动并保持该可移动元件靠着所述部件的表面。

然而，这个方案特别是在工业使用环境中存在一些主要问题。

首先，切割气体的压力增加、由弹簧施加的力，引导可移动元件在待切割的部件上施加一很大的力。结果引起金属板（所述部件切割自该金属板）变形、板表面上的摩擦和划痕或甚至板的带动（即，移动）的风险，所述板一般仅简单地放置在工业切割机的工作台上。金属板越薄，这些风险总体上越大。

可移动元件的端部与部件的表面之间存在O形环密封件，这进一步造成增大了金属板上的摩擦力，并由于在喷嘴的该高度（level）——此处激光束具有其最高功率密度并且熔融金属飞溅的风险大——遇到的非常高的温度而在可动元件的使用寿命方面造成问题。

最后，这个方案还在切割头在未输送切割气体或光束的情况下——尤其在连续部件的切割环境下——在金属板上方快速移动的阶段期间或者在产生明显熔融金属飞溅物的金属板穿孔阶段期间造成问题。在这些状况下，因此应该禁止喷嘴与板的永久接触。

所提出的课题因此在于，通过增加对熔融金属的挤出起作用的气体的比例并因此减小所使用的气体的总量和所需的气体的压力同时限制气体损耗的比例而能够提高在激光切割中使用的气体的效力，这通过提出能以工业级别实施并且不会使激光切割设备过于复杂的方案来实现。

发明内容

本发明的解决方案为一种激光喷嘴，该激光喷嘴包括：

-喷嘴主体，该喷嘴主体包括轴向地穿过所述喷嘴主体的轴向腔并且包括位于喷嘴主体的正面的第一输出孔口，和

-可移动元件，该可移动元件包括形成有围挡部、设置在喷嘴主体的轴向腔中的前部，所述可移动元件能在喷嘴主体的轴向腔中平移；并且所述可移动元件包括轴向通路，该轴向通路具有显现在形成有围挡部的前部的第二输出孔口，所述激光喷嘴的特征在于：

-可移动元件能在施加于可动元件上的气体压力的作用下沿第一输出孔口的方向在轴向腔中平移，直至可移动元件的形成有围挡部的前部经位于喷嘴主体的正面中的第一输出孔口伸出到轴向腔的外部，以及

-在轴向腔中、介于喷嘴主体与可移动元件之间设置有弹性元件，所述弹性元件在可移动元件上施加趋于与沿第一输出孔口的方向在轴向腔中的平移相对的弹性回复力。

根据情况，本发明的喷嘴可包括以下技术特征中的一个或多个：