具有改进的外部轮廓的可动元件的激光喷嘴的制作方法

具有改进的外部轮廓的可动元件的激光喷嘴的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于激光切割的喷嘴，它包括喷嘴体部（1)、可动元件（2)和弹性元件（8)，该喷嘴体部包括轴座（5)和位于喷嘴体部（1)的正面（la)区域的第一输出孔（11)，该可动元件位于喷嘴体部（1)的轴座（5)内、包括裙形前部(2a)并包括桌一■输出孔（I2)，该可动兀件（2)能在施加在可动元件（2)上的气体压力的作用下在轴座（5)中向着第一输出孔（11)平移运动，直到可动元件（2)的裙部形前部（2a)穿过第一输出孔(11)从轴座（5)突出，该弹性元件在轴座（5)中布置在喷嘴体部（1)和可动元件（2)之间，对可动元件（2)施加弹性回复力。根据本发明，该前部(2a)包括端部（17)，该端部的外径向着第二输出孔（12)逐渐地减小。还涉及一种激光聚焦头和与其相关联的激光切割设备，一种激光光束切割方法，该方法采用根据本发明的喷嘴、根据本发明的激光聚焦头或根据本发明的设备。
【专利说明】具有改进的外部轮廓的可动元件的激光喷嘴

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于激光光束切割的激光喷嘴，该激光喷嘴具有内可动元件，该内可动元件包括用于将切割气体集中在切割槽中的裙部，该激光喷嘴在工业上可更好地实施并且具有提闻的使用寿命。

【背景技术】
[0002]激光光束切割需要使用通常由铜制成的喷嘴，该喷嘴用于引导气体，同时使得激光光束能够通过。
[0003]喷嘴的输出孔的直径针对于0.6mm至2mm之间的工作距离通常在0.5mm至3mm之间。
[0004]在用于切割的聚焦头中需要通常为数巴的高压，以使得气体能够进入槽并且将熔化的金属移除。
[0005]所采用的气体的大部分一通常在50%至90%之间一对切割过程、即对熔化的金属的排出没有作用，因为这些气体流到切割槽的侧面上。
[0006]这些气体损失实际上是由阀孔的区域和焦点的尺寸的巨大差异而引起的。举例来说，具有直径为1.5mm的输出孔的喷嘴区域是由激光光束穿过此喷嘴而形成的焦点的区域的25倍。
[0007]如果采用不充分的气体比例，则可出现切割缺陷，尤其是附连毛边和/或氧化痕迹。
[0008]试图通过减小喷嘴的孔的直径来解决这些缺陷并不理想，因为还有激光光束击中喷嘴内部并且损坏喷嘴的风险，这也会不利地影响切割的品质和/或性能水平。
[0009]许多文献提出了不同的解决方案以用于促进气体进入槽中，例如EP-A-1669159，JP-A-62006790, JP-A-61037393，JP-A-63108992，JP-A-63040695 和 US-A-4, 031，351。
[0010]这些解决方案都不理想，因为通常这些构造实施起来是复杂的，它们比常规的喷嘴体积更大和/或它们提供有限的效率。
[0011]特别地，文献US-A-4，031，351公开了包括可动元件的激光切割喷嘴，由弹簧靠着待切割零件的表面按压该可动元件的末端以辅助将切割气体喷入至槽中。
[0012]这种解决方案的主要缺陷为由弹簧沿着板的方向施加的力与切割气体的压力一起使得可动元件对待切割的板施加很大的力。这造成板变形、刮划甚至拖动的风险，所述板通常仅简单地放置在工业切割机器的工作台上。
[0013]为了克服这些困难，在2011年5月16日提交的法国专利1154224提出在激光喷嘴的体部中布置一可动元件。此可动元件可在气压的作用下向着待切割的板表面在所述体部内轴向地移动。这使得可动元件在与待切割的板接触前靠近待切割的板的上表面，从而形成裙部，该裙部的外轮廓是圆柱形的，因此切割气体被引入并且在槽上集中，这促使气体进入槽中并且提高它的效率。
[0014]此外，此喷嘴包括弹性元件，该弹性元件沿着倾向于将可动元件从板移开的方向对可动元件施加弹性回复力。因此，当切断气体时，可动元件可回复至它的空闲位置，从而使得裙部移回至喷嘴体部内。
[0015]然而，此方法具有多个缺陷，尤其是在工业适用性方面。
[0016]不同类型的障碍的确可存在于待切割的表面并且可阻碍可动元件在它的工作位置一即与板接触一的运动。例如，这些障碍可能是在钻孔和切割的初始阶段出现的突出部所引起的熔化金属的过厚或已经切掉的零件保持楔在板中并且定位成相对于板的表面呈一角度，即具有位于板的上表面的水平以上的部分。从板的边缘开始的切割还可产生台阶或高度差，即由于在切割期间所引起的板的某些部分变形或下陷而导致的在板的不同部分之间的水平的差。
[0017]如果裙部的周向壁再次遇到存在于板上的任何障碍物，则还有颠动和在面向板的裙部的末端碰撞的风险。裙部的运动可减慢、突然制动甚至于停止。
[0018]如果被切割机检测到，则与裙部的末端的碰撞可引起切割机的不合时宜的紧急停止。此碰撞还会损坏并且影响裙部的有效性，甚至于完全地损坏或破坏它。于是，更换喷嘴的可动元件是必需的，这增大生产成本并且降低工业切割机的生产率。
[0019]当切割采用由节约材料实现的工业上常用的“嵌套”时，这些问题会变得更加重要，对于所述嵌套，从单个板切下的零件布置成彼此非常接近，并且一些零件甚至于可具有相同的边缘。
[0020]文献JP-A-7251287提出一种激光喷嘴，该喷嘴包括可动元件和弹簧，该弹簧施加一倾向于使所述元件压靠该板的力。此外，这种喷嘴使用在面向待切割的板的所述元件的表面下方泄漏的切割气体所施加的力，以使得可动元件稍稍离开所述板。
[0021]然而，此方法难于实施，因为它需要精确的控制在间隙中不同的力以用于调节和保持期望的距离。此外，这种距离降低了气体注入槽中的效率。这还造成问题，即在进行方法的步骤期间，切割气体没有由喷嘴所供应，或者此时仅有小的切割气体压力供应至喷嘴。
[0022]在通常小于4巴的低气体压力下完成对板的钻孔时，或者当喷嘴以通常0.5mm至数mm的距离而没有任何切割气体或光束在板上方快速移动时，特别是当多个嵌套的零件从单个板切下时尤其会出现这种情况。为了改进生产率和速度，通常执行这些操作而没有提升保持喷嘴从它的切割位置离开的装置。
[0023]在这些情况下，在JP-A-7251287中提供的解决方案由于可动元件永久地向喷嘴体部外突出而不能使可动元件从板移开，于是上面提到的问题变得非常重要。这也会钻孔阶段造成问题，因为(存在)大量突出的熔化金属而使得喷嘴不应与板靠的太近。
[0024]因此，待解决的问题是提出一种激光光束切割喷嘴，该激光光束切割喷嘴大大地减少甚至于消除前面提到的问题，特别是这样一种激光喷嘴，该聚光喷嘴在待切割的板上的移动较少地为所述板的表面上存在的任何障碍物所干扰，并且相对于现有方案大大地减小由喷嘴撞击所述障碍物所产生的撞击。
[0025]此外，必须能在工业上实施根据本发明的激光光束，并且它的稳健性和使用寿命一定好于现有方案，并且它不会影响所述喷嘴安装在其上的切割机的操作。


【发明内容】

[0026]因此本发明的解决方案是一种激光喷嘴，该激光喷嘴包括:
[0027]-喷嘴体部，该喷嘴体部具有轴座(轴向容纳部)和位于喷嘴体部的正面的第一输出孔，
[0028]-可动元件，该可动元件位于喷嘴体部的轴座内，具有裙形前部并且具有第二输出孔，所述可动元件可在施加在可动元件上的气体压力的作用下在轴座中朝向第一输出孔平移地运动，直到可动元件的裙形前部穿过第一输出孔突出到轴座外侧，以及
[0029]-弹性元件，该弹性元件在轴座中安放在喷嘴体部和可动元件之间，并对可动元件施加弹性回复力，
[0030]其特征在于，该前部具有端部，该端部处的外径沿着第二输出孔的方向逐渐地减小。
[0031]如所适用的，根据本发明的喷嘴可具有一个或更多下列技术特征:
[0032]-前部还具有外径基本恒定的圆柱形部；
[0033]-该端部具有与喷嘴体部的正面成角度(α)的至少一个斜面；
[0034]-该斜面的角度在0.1°至80°之间，并且优选在10°至45°之间；
[0035]-该端部的外轮廓是截头锥形的；
[0036]-该端部的外轮廓具有至少一个弯曲部；
[0037]-该端部的外轮廓具有至少一个凸部；
[0038]-该至少一个凸部具有在0.1mm和2mm之间的曲率半径；
[0039]-该圆柱形部具有在3mm至8mm之间的外径；
[0040]-该端部在第二输出孔处具有在2.5mm至7_之间的外径；
[0041]-当可动元件可在轴座中向着位于喷嘴体部的正面的第一输出孔平移地运动时，可动元件的裙形前部穿过喷嘴体部的正面的第一输出孔突出到轴座的外侧；
[0042]-喷嘴体部的轴座的底部具有肩部，并且可动元件的外周向壁具有止挡部，该弹性元件安放在该肩部和该止挡部之间；
[0043]-在喷嘴体部和可动元件之间安放有至少一个密封元件，例如一个或更多的O形环；
[0044]-所述至少一个密封元件位于形成在可动元件的外周向壁中的周向槽内；
[0045]-该可动元件能够在多个不同位置之间移动，所述多个位置包括:
[0046].空闲位置，在该位置处前部的裙部完全地或几乎完全地收回至喷嘴体部的轴座中，以及
[0047].工作位置，在该位置处前部的裙部穿过第一输出孔完全地或几乎完全地突出到喷嘴体部的轴座外侧；
[0048]-可动元件的轴向通路具有锥形的、截头锥形的或收敛的/发散的形状；
[0049]-喷嘴体部由导电材料，特别是铜、黄铜或类似物制成；
[0050]-可动元件完全地或部分地由电绝缘材料制成；
[0051]-可选地,可动元件由电绝缘材料制成,该电绝缘材料是耐温/热的,特别是铜、黄铜或类似物，所述绝缘元件具有布置在喷嘴和可动插入件之间的至少一个绝缘界面。该绝缘界面为位于喷嘴体部内的套筒，或者为与喷嘴体部或可动元件附连的绝缘衬层。
[0052]本发明还涉及一种激光聚焦头，该激光聚焦头具有至少一个聚焦光学器件，例如一个或更多透镜或反射镜，特别是聚焦透镜和准直透镜，其特征在于，它还包括根据本发明的激光喷嘴。
[0053]本发明还涉及一种激光设备，该激光设备包括激光发生器、激光聚焦头和激光光束传送装置，该激光光束传送装置连接所述激光发生器并且连接所述激光聚焦头，其特征在于，所述激光聚焦头为本发明所要求保护的激光聚焦头。
[0054]优选地，激光源或发生器为C02、YAG、纤维或圆盘类型，优选纤维或圆盘、尤其是镱纤维激光源。
[0055]根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种激光光束切割方法，其中采用了根据本发明的喷嘴、根据本发明的激光聚焦头或根据本发明的设备。

【专利附图】

【附图说明】
[0056]结合附图从下面给出的描述可更好地理解本发明，在附图中:
[0057]-图1A为常规激光切割设备的聚焦头的示意性视图，
[0058]-图1B为激光点的尺寸相对于喷嘴孔的尺寸的示意性视图，
[0059]-图2为根据本发明的喷嘴的体部的剖视图，
[0060]-图3为根据法国专利申请1154224的喷嘴的剖视图，
[0061]-图4为根据本发明一实施例的喷嘴的剖视图，
[0062]-图5为根据本发明另一实施例的喷嘴的体部的剖视图，
[0063]-图6A和6B为根据本发明具有可动元件的喷嘴，该可动元件处于两个不同位置，以及
[0064]-图7示出根据本发明的喷嘴的可动元件在高度差上移动。

【具体实施方式】
[0065]图1A示出常规的激光切割设备的聚焦头20，该聚焦头20附连至常规的激光喷嘴21，聚焦的激光光束和辅助气体(箭头23)穿过该激光喷嘴21，该辅助气体用于排出由光束熔化的、来自由光束22在待切割金属零件30例如钢或不锈钢板中形成的切割槽31的金属。
[0066]辅助气体可为活性气体,例如氧气、空气、CO2或氢气；或惰性气体,例如氩气、氮气或氦气；或多种这些活性和/或惰性气体的混合物。气体的组分尤其是考虑到待切割的零件的性质而选择的。
[0067]对零件产生影响的光束熔化金属，该金属然后由辅助气体的压力排出至零件的下方。
[0068]图1B清晰地示出相对于光束22的焦点的尺寸S2的喷嘴21的孔24的区域(面积)SI。如所示出的，区域SI远大于光束22的焦点的尺寸S2，这意味着，在常规喷嘴的情况下会导致辅助气体的高消耗量，仅有很小比例的辅助气体用于将熔化的金属从切割槽31排出。
[0069]为了相当多地降低气体消耗量和用于切割的压力，法国专利申请1154224提出了一种激光喷嘴，该喷嘴由于特殊的喷嘴构型而能够且设计成以采用更小的气体压力和/或气体流量的激光光束来切割，该喷嘴构型使得能够促使更大比例的气体进入槽31并且有效地从槽31排出熔化的金属，而不用考虑激光功率和光束波长。
[0070]根据文献FR 1154224，激光喷嘴具有至少两个主要部件，即喷嘴体部I和可动地布置在喷嘴体部I内的可动元件2，该喷嘴体部I和可动元件2协同配合，在图2和图3中示出该喷嘴体部和可动元件的实施例。
[0071]更具体地，如图2中所示的，由导电材料例如铜或黄铜制成的喷嘴体部I设计成与激光设备的激光聚焦头20附连。
[0072]有利地，喷嘴体部I为轴对称零件，该轴对称零件由轴座5沿着轴AA端到端地穿过，该轴座5从体部I的背面Ib延伸至所述体部I的正面la。
[0073]轴座5在喷嘴体部I的正面Ia和背面Ib打开。因此，背面Ib具有第一输入孔11’，而正面Ia具有喷嘴体部I的第一输出孔11，第一输入和输出孔11’、11与轴AA同轴。
[0074]轴座5实际上是一凹部，例如具有朝向该座5的中心径向突出的内肩部9的圆柱形凹部，所述内肩部9由轴座5的区域的限制部15形成，该限制部与位于喷嘴体部I的正面Ia的第一输出孔11齐平。
[0075]在文献FR 1154224中的喷嘴还包括可动元件2，该可动元件2插入至喷嘴体部I的座5中，优选与体部I同轴地插入，如图3中所示。可动元件2能够且设计成沿着轴AA在喷嘴体部I的座5内平移地运动。
[0076]根据文献FR 1154224，此可动元件2包括前部2a和轴向通路4，该前部2a形成布置在喷嘴体部I的轴座5中的圆柱形(即管状)的裙部6，该轴向通路4具有第二输出孔12，该第二输出孔12从形成所述裙部6的前部2打开。
[0077]当喷嘴在使用中的时候，光束22和辅助气体23穿过可动元件2的轴向通路4并且穿过从形成所述裙部6的前部2打开的第二输出孔12出来。
[0078]可动元件2可相对于喷嘴的体部I沿着轴AA而轴向地运动。实际上，可动元件2在施加在所述可动元件2上的辅助气体23的压力的作用下运动，该压力倾向于将该可动元件推向待切割的零件30。
[0079]可动元件2沿着轴AA的平移运动造成裙部6朝向待切割的板的上表面30运动，直至它们彼此接触，如图4A中所示出的。
[0080]因此，气体由裙部6引导并且集中于激光点和凹槽上，这会大大地提高气体的效率并且金属被更有效地排出。
[0081]弹性元件8例如弹簧在喷嘴体部I和可动元件2之间布置在轴座5中，以使得它对可动元件2沿着倾向于使可动元件2移离待切割的零件的方向施加弹性回复力。因此，在切割完成时，此时气体切断并且气体压力不再施加在可动元件2上，可动元件2可回复至它的空闲位置，从而裙部6可返回到座5内。
[0082]因此，弹性元件8使得能限制通常在切割阶段之前进行的板钻孔期间裙部6的磨损。实际上，钻孔最通常利用低气压一通常少于4巴一进行。然后弹性元件为裙部6施加足够的回复力以用于完全地或几乎完全地回复至座5，在该处保护裙部6免受由钻孔产生的熔化的金属的突出部影响。
[0083]此外，弹性元件8促进在板上方短距离处没有切割气体或光束的切割头的快速运动，因为然后气体会停止对可动元件上施加压力并且裙部6返回至座5内。仅裙部6向上返回，不需要提升支承喷嘴的聚焦头。
[0084]根据文献FR 1154224，可动元件2具有前部2a，该前部2a形成圆柱形的裙部6，即沿着轴线AA具有恒定的外径的裙部6。
[0085]如上文所描述的，如果待切割的板的表面上存在高于待切割板的上表面的任何障碍物、不规则物、过厚或高度差一它们例如由熔化的金属的突出部或保持楔在板的框架中的切割零件弓丨起，则圆柱形形状会弓丨起问题。
[0086]实际上，在此装置中，前部2a的外周向壁形成与待切割的板的表面垂直的壁，即该壁是竖直的，从而提供对障碍物比较大的抵抗，尤其是在激光切割中存在通常在0.1至50m/min之间的高切割速度时，视待切割的板的厚度而定。这会导致对由裙部6带来的碰撞的不良吸收并且所述裙部的运动易于受到阻碍、减慢、突然制动或甚至停止。换言之，裙部的外圆柱形轮廓促进了所述裙部的外表面和板上的任何障碍物的正面碰撞。
[0087]此外，在前部2a的末端存在的锐利边缘一如图3中所示一更易于在碰撞的情况下开动裙部6中的裂缝或使裙部6破裂，使得可动元件2更易碎。
[0088]为了克服该问题，本发明提出一种具有改进的可动元件的激光喷嘴，该可动元件尤其具有裙部形前部2a，该裙部形前部2a能够并且设计成当可动元件处于它的工作位置，即可动元件与待切割的板的上表面接触时，在障碍物、不规则物或高度差上运动。
[0089]更具体地，所述可动元件的前部2a包括一端部，该端部设计成经过高度差或障碍物，而对裙部6的碰撞大大减小或没有碰撞，并且喷嘴的运动速度没有或有极小的降低。
[0090]根据本发明，前部2a具有端部17，在端部17处外径沿着第二输出孔12的方向逐渐地减小。因此，前部2a设计成帮助它经过板的表面上的高度差或障碍物。碰撞被更好地吸收，因为端部17的外径的逐渐减小有助于在裙部6遇到高度差或点状的障碍物时使裙部6向着座5向上移回。
[0091]端部是指前部2a的位于所述前部的末端一部分，即，面向待切割的板的上表面的部分。
[0092]在本发明的一个实施例中，端部17具有与喷嘴体部I的正面Ia成角度α的至少一个斜面18。该至少一个斜面18的角度α在0.1°至80°之间，并且优选在10°至45°之间。
[0093]在图4中示出的示例中,端部17包括单个斜面18。优选地,端部17的外轮廓是截头锥形的。
[0094]有利地，前部2a还包括外径大体恒定的圆柱形部16，该圆柱形部优选布置在端部17的上游，S卩，比端部17距第二输出孔12更远。
[0095]在图5示出的另一实施例中，端部17的外轮廓具有至少一个弯曲部。优选地，端部17的外轮廓具有至少一个凸部。该至少一个凸部的曲率半径通常在0.1mm至2mm之间。
[0096]本发明因此使得能够消除或很大程度上限制锐利的边缘出现在前部2a的末端。
[0097]圆柱形部16优选具有在3mm至8mm之间、优选约6mm的外径。
[0098]在第二输出孔12处，S卩，在前部2a的面向待切割的板的端面处，端部17具有在
2.5至7mm之间、优选约4mm的外径。
[0099]应当注意的是，可动元件2的外周向壁具有止挡部10，优选为绕着所有或部分所述可动元件2的周向延伸的环形止挡部，弹性元件8定位成在肩部9和止挡部10之间。
[0100]可选地，至少一个密封元件7、尤其是一个或更多的O形环7设置在喷嘴体部I和可动元件2之间，这使得能够提供在喷嘴体部I和可动插入件2之间的密封。优选地，所述至少一个密封元件7位于形成在可动元件2的外周向壁内的周向槽14中。
[0101]如图4和图5所示，根据本发明的喷嘴为标准尺寸，S卩，它不大于常规切割喷嘴，这是有利的并且与嵌套切割相兼容，在嵌套切割中从不同的零件之间具有非常有限的间隙的单个板取下多个零件。
[0102]此外，根据本发明的喷嘴具有其他优点，即与电容传感器系统相兼容。实际上，由铜或其它导电材料制成的零件适用于由在标准喷嘴中的电容传感器具体规定的高度。在气体的压力下，可动插入件2与待切割的板30接触，从而使得能够限制气体泄漏。
[0103]可动元件2优选由电绝缘物、合成材料、工艺陶瓷、聚合物材料例如聚醚醚酮
(Peek)、Vespel?、陶瓷或派热克斯玻璃制成，并且具有与激光切割喷嘴相同的内部几何形状，即，它可具有锥形的、有或无圆柱形输出通道的、截锥形的、收敛的/发散的(即Laval式喷嘴)或任何其它适当的几何形状的内轮廓。
[0104]应当注意的是，电绝缘材料意为不能导电的材料，即阻止电流在两个导电元件之间传递的材料。
[0105]优选地，可动元件2为由一整块材料形成的轴对称零件。
[0106]如果可动元件2未由电绝缘材料制成，则可动元件2的外表面的至少一部分由电绝缘材料层所覆盖，该电绝缘材料层可以或可以不与可动元件2刚性连接。该绝缘材料层用作可动元件2和喷嘴体部I之间的电绝缘界面。
[0107]此外，根据本发明的喷嘴包括这样的可动元件2，S卩，在该可动元件2中输出孔12的直径在0.5mm至5mm之间。
[0108]因此根据本发明的喷嘴的可动元件2的确能够在多个位置之间移动，所述多个位置包括至少:
[0109]-空闲位置，在该位置处前部2a的裙部6完全地或几乎完全地收回至喷嘴体部I的轴座5中，如图6B中所示出的，以及
[0110]-工作位置，在该位置处前部2a的裙部6穿过第一输出孔11完全地或几乎完全地突出到喷嘴体部I的轴座5外侧，并且与待切割的零件接触，如图6A所示出的。
[0111]自然地，可动元件2可占据中间位置，在该位置处裙部6仅部分地突出到喷嘴体部I的轴座5外侧。这些中间位置尤其可取决于气体对可动元件2施加的压力。
[0112]前部2a的末端的具体外轮廓与弹性元件8的布置的组合为操作根据本发明的喷嘴提供了更大的改进。
[0113]首先，端部的形状通过使得裙部能够移回至座5中而使得裙部6能够经过高度差或点状的障碍物，从而避免与板上的障碍物的正面碰撞。
[0114]这在图7中示出，在该图中示意性示出可动元件2，它的裙部6(为了清晰起见，省去体部I)沿着切割方向32在待切割的板30上移动。在没有任何障碍物时，裙部6由于切割气体对可动元件2施加的压力与板接触地移动，如实线箭头(―)所示。如所示出的，当遇到障碍物或高度差时一在本例中是由位于板30上的零件33所模拟的高度差或台阶，形成在端部17上的斜面促进了裙部6的升起，如虚线箭头(一)所示。一旦高于障碍物33，裙部6就会接近障碍物33的表面并且继续将切割气体引导至槽中。
[0115]此外，弹性元件8使得能够在可动元件2在切割气体的作用下向着零件移动时限制由可动元件2对待切割零件施加的压力。更具体地，弹性元件8的回复力的大小有利地确定成保持可动元件2与待切割零件接触，同时限制所述元件施加在板上的压力，以使得板一零件从该板切下一的变形、板表面有刮痕和拖动板的任何风险大大地降至最低甚至于消除。
[0116]这样，本发明为裙部6提供了更有灵活性的运动并且使得能够随着可出现在待切割的板表面上的水平的变化(而运动)，这使得它在工业上的使用更加容易。
[0117]这限制了机器由于对头移动的障碍停止和在裙部和障碍物之间的碰撞的风险。
[0118]因此，由本发明提供的方案导致具有可动元件的喷嘴在稳健性、使用寿命和实施方面相对于根据文献FR 1154224的喷嘴得到改进。
[0119]示例
[0120]为了示出根据本发明的喷嘴相对于标准喷嘴一即没有可动元件的常规喷嘴一的效率和通过实施安装在可动元件上的裙部而促使气体进入至切割槽的效率，可采用具有CO2激光发生器的切割设备进行对比试验，该激光发生器用于产生激光光束，该激光光束被送至包括聚焦光学器件、尤其是透镜的激光聚焦头。
[0121]如所适用的，激光聚焦头安装有具有直径为1.8mm的输出孔的标准喷嘴或根据图3具有圆柱形可动裙部和圆锥形轴向通路的喷嘴，该轴向通路具有直径为1.8mm的圆柱形输出通道。此外，可动裙部的外轮廓包括具有与水平面、即与喷嘴体部的正面成大约30°的角度α的斜面。
[0122]所采用的辅助气体为氮气。
[0123]待切割的板为5mm厚的304L级不锈钢。
[0124]此外，在待切割的板的区域上模拟0.8mm的高度差，用另一块厚度为0.8mm的板覆盖待切割的板的一部分，如图7中示意性示出的。
[0125]激光光束具有4kW的功率并且切割速度为2.6m/min。
[0126]所获得的结果证明:
[0127]-对于标准喷嘴，14巴的气体压力不足以获得高质量的切割。事实上，在14巴下，切割边缘具有多个附连的毛边。这证明了，由于气体对待排出的熔化的金属的不充分作用，熔化的金属的排出是有瑕疵的。为了消除这些毛边，需要16巴的压力。
[0128]-对于根据本发明的喷嘴，在I至5巴间的压力下执行的测试带来了高质量的切害I]、即切割边缘没有附连的毛边。喷嘴的裙部使得能够将气体引导至槽中，并且有效地将熔化的金属排出。此外，在经过高度差时，喷嘴很容易地经过在板上模拟的0.8mm高度差，而不会颠动或降低切割速度。应当注意到的是，0.8mm通常是采用激光光束的板切割所遇到的高度差或障碍物的最大高度。
[0129]这些测试清楚地示出根据本发明的喷嘴的效率，在所有条件都相同的情况下相比标准喷嘴，根据本发明的喷嘴有助于相当多地降低了所需要的气体压力，从而减少了气体消耗量。
【权利要求】
1.一种激光喷嘴(1、2),包括: -喷嘴体部(I)，该喷嘴体部具有轴座(5)和位于喷嘴体部(I)的正面(Ia)的第一输出孔(11)， -可动元件(2)，该可动元件位于喷嘴体部(I)的轴座(5)内，具有裙形前部(2a)并且具有第二输出孔(12)，所述可动元件(2)能在施加在该可动元件(2)上的气体压力的作用下在轴座(5)中朝向第一输出孔(11)平移地运动，直到所述可动元件(2)的裙形前部(2a)穿过第一输出孔(11)突出到轴座(5)外侧，以及 -弹性元件(8)，该弹性元件(8)在轴座(5)中置于喷嘴体部(I)和可动元件(2)之间，并在可动元件(2)上施加弹性回复力， 其特征在于，所述前部(2a)具有端部(17)，在所述端部(17)处外径沿着第二输出孔(12)的方向逐渐地减小。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述前部(2a)还具有外径基本恒定的圆柱形部(16)。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其特征在于，所述端部(17)具有与喷嘴体部(I)的正面(Ia)成角度(α)的至少一个斜面(18)。
4.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述斜面(18)的角度(α)在0.1°和80。之间，并且优选在10°和45。之间。
5.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述端部(17)的外轮廓是截头锥形的。
6.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述端部(17)的外轮廓具有至少一个弯曲部。
7.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述端部(17)的外轮廓具有至少一个凸部。
8.根据权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个凸部具有在0.1 mm和2 mm之间的曲率半径。
9.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述圆柱形部(16)具有在3mm和8 mm之间的外径。
10.根据前述权利要求之一所述的喷嘴，其特征在于，所述端部(17)在第二输出孔(12)处具有在2.5 mm和7 mm之间的外径。
11.一种激光聚焦头，该激光聚焦头具有至少一个聚焦光学器件，其特征在于，它还包括根据前述权利要求之一所述的激光喷嘴。
12.一种激光设备，该激光设备包括激光发生器、激光聚焦头和激光光束传送装置，该激光光束传送装置连接至所述激光发生器并且连接至所述激光聚焦头，其特征在于，所述激光聚焦头为根据权利要求11所述的激光聚焦头。
13.根据权利要求12所述的激光设备，其特征在于，激光发生器为C02、YAG、纤维或圆盘型激光发生器。
14.一种激光光束切割方法,该方法米用根据权利要求1至10之一所述的喷嘴、根据权利要求11所述的激光聚焦头或根据权利要求12或13所述的设备。
【文档编号】B23K26/38GK104220209SQ201380018766
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年4月4日
【发明者】T·茹阿诺, P·勒菲弗 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司