一种风冷式激光切割头的制作方法

1.本发明属于激光切割技术领域，特别涉及一种风冷式激光切割头，适用于不允许或减少液体使用的环境工作，尤其适用于具有放射性的核能热室内。


背景技术：

2.激光切割头是激光切割机的重要组成部件之一，其质量好坏直接影响整个系统的性能。激光切割头输出的极小聚焦光束具有高能量密度、高光束质量，光斑辐照在材料上在极短时间内迅速达到材料的汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束的移动结合辅助气体不断吹走熔渣，连续的孔洞形成很窄的切缝，从而实现对材料的切割。
3.为获得高能的聚焦光束，激光切割头内安装的光学镜片将锥形发散的激光束经准直、聚焦后输出。在光束被整形、传输的过程中，光学镜片会损耗吸收能量致使其温度越来越高，当达到一定温度时会使镜片表面镀层损伤或达到镜片材料损伤阈值而损坏，因此要为光学镜片散热使其维持在一定温度范围内。现有技术中，对激光切割头的散热采用液体冷却方式，即在激光切割头的结构中设计水道，通入冷却液体进行热交换，使结构维持在适宜温度内。但是在某些工作环境中不允许使用或尽量少用液体冷却，典型如核能领域的热室，因为热室具有放射性，使用过后的液体会成为放射性废液，对放射性废液的处理过程十分复杂，高放废液需长期贮藏，中放废液需固化贮存或转成低放废液，低放废液通过蒸发、离子交换、化学凝聚及隔膜分离等多种手段浓集处理，也要将少量浓缩液固化储存，而贮存的放射性物质填埋、维护费用高，也存在安全隐患，因此，热室中不允许使用或尽量少用液体。


技术实现要素：

4.为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，提供一种风冷式激光切割头，所述激光切割头为风冷散热结构，无需液体冷却。通过冷却气体与镜筒上的翅片进行热交换，使激光切割头维持适宜的温度。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
6.本发明提供了一种风冷式激光切割头，所述激光切割头包括：激光接口、匀气盘、镜筒、外筒、连接件、喷嘴，所述激光接口安装在镜筒上，用于连接激光输出头；所述镜筒具有翅片特征并在中心安装光学镜片，将发散的激光准直、聚焦；所述匀气盘装配在所述镜筒上，所述外筒安装于所述匀气盘上，冷却气体通过所述匀气盘均匀地分配在所述镜筒上的翅片间，在所述外筒的约束下，沿各个翅片间扰动并从翅片下端流出，为所述镜筒散热；所述连接件及所述喷嘴确保切割保护气与激光束能同轴输出并作用在工件上。
7.进一步的，所述镜筒中心腔内依次安装准直镜、聚焦镜、保护镜，用隔圈和压环将光学镜片固定在所述镜筒内。
8.进一步的，所述外筒与所述镜筒翅片装配后形成多个垂直方向气流腔；所述匀气盘的上表面安装多个进气气嘴，下表面设计与气流腔对应的多孔结构，在所述匀气盘的上
表面与下表面之间设置气体缓冲腔，冷却气体经过缓冲腔和多孔结构后均匀地分配给各个气流腔，保证所述镜筒的散热高效、均匀。
9.进一步的，所述激光接口与光纤式激光输出头匹配，激光输出头可为qbh、d80或sma905；所述激光接口通过螺纹与所述镜筒连接，通过调整螺纹旋入深度微调节输出聚焦光斑的大小。
10.进一步的，所述连接件设计有圆盘结构与所述镜筒翅片贴合，使从气流腔流出的气体向周向喷射，不影响激光切割工件；所述连接件上还安装有进气气嘴，气体通过所述气嘴进入，从所述喷嘴处喷射出具有一定压力的保护气体，与激光光束共同作用实施切割作业。
11.本发明的有益效果。
12.本发明通过公开一种风冷式激光切割头，提出了通过气体冷却的激光切割头结构，不使用现有技术的液体冷却方式，不产生废液，使用空气循环即为切割头散热，具有结构紧凑、风冷散热、配套附件少等优点，尤其适用于核领域的放射性环境。
附图说明
13.附图1为本发明主视图结构示意图。
14.附图2为本发明剖面a-a结构示意图。
15.附图3为本发明爆炸结构示意图。
16.附图4为本发明镜筒的结构示意图。
17.附图5为本发明匀气盘的结构示意图。
18.附图6为本发明气流流动方向示意图。
19.附图中所示标号：1、激光接口；2、匀气盘；3、镜筒；4、外筒；5、准直镜；6、隔圈；7、压环；8、聚焦镜；9、保护镜；10、连接件；11、喷嘴；12、气嘴。
具体实施方式
20.结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
21.如图1至图5所示，一种风冷式激光切割头，该激光切割头包括：激光接口1、匀气盘2、镜筒3、外筒4、连接件10、喷嘴11，所述激光接口1安装在镜筒3上，用于连接激光输出头；所述镜筒3具有翅片特征并在中心安装光学镜片，将发散的激光准直、聚焦；所述匀气盘2装配在所述镜筒3上，所述外筒4安装于所述匀气盘2上，冷却气体通过所述匀气盘2均匀地分配在所述镜筒3上的翅片间，在所述外筒4的约束下，沿各个翅片间扰动并从翅片下端流出，为所述镜筒3散热；所述连接件10及所述喷嘴11确保切割保护气与激光束能同轴输出并作用在工件上。
22.本发明的技术方案中，所述镜筒3中心腔内由上至下依次安装准直镜5、聚焦镜8、保护镜9，分别用隔圈6和压环7将光学镜片固定在所述镜筒3内，激光经过光学镜片时，产生的热量传递给所述镜筒3。
23.本发明中，所述外筒4与所述镜筒3翅片装配后形成多个垂直方向气流腔；所述匀
气盘2的上表面均布安装三个进气气嘴12，下表面设计与气流腔对应的多孔结构，多孔结构为圆孔、长圆孔或方孔等，在所述匀气盘2的上表面与下表面之间设置气体缓冲腔，用来存储从所述气嘴12喷入的冷却气体；所述外筒4上表面设计有密封槽，防止冷却气体从使所述外筒4与所述镜筒3的配合面泄露，使缓冲腔具有一定压力；冷却气体经过缓冲腔和多孔结构后均匀地分配给各个气流腔，与所述镜筒3的翅片间热交换，保证所述镜筒3均匀散热。
24.本发明中，所述激光接口1与光纤式激光输出头匹配，激光输出头可为qbh、d80或sma905等，本实施例中所述激光接口1匹配qbh激光输出头使用；所述激光接口1通过螺纹与所述镜筒3连接，通过调整螺纹旋入深度，增大或缩小激光输出头与所述准直镜5之间的距离即调节激光的离焦量，从而微量调节激光切割头输出聚焦光斑的大小。
25.本发明中，所述连接件10设计有圆盘结构与所述镜筒3翅片贴合，使从气流腔流出的气体向周向喷射，不影响激光切割工件；所述连接件10上还安装有两个进气气嘴12，气体通过所述气嘴12进入，从所述喷嘴11前端喷射出具有一定压力的保护气体，配合激光光束切割工件。
26.如图6所示，显示了该激光切割头的气体流动路径，通入的气体分为两种：冷却气体及保护气体。冷却气体的路径为：由所述匀气盘2上安装的气嘴12进入，流经所述匀气盘2中的缓冲腔及多孔结构，再经所述镜筒3上的翅片，最后由所述外筒4与所述镜筒3的下端未封闭空间向周向流出。保护气体的路径为：由所述连接件10上安装的气嘴12进入，沿所述连接件10及所述喷嘴11构成的锥形收缩腔从所述喷嘴11前端喷射出，保护气体除辅助切割外，还有冷却功能。
27.实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。
28.本发明的一种风冷式激光切割头的技术方案提供了具有风冷式散热结构的激光切割头，无需液体冷却，解决了不允许使用或尽量少用液体冷却时的工作环境中仍然可以进行激光切割加工的难题。该风冷式激光切割头具有结构紧凑、风冷散热、配套附件少等优点，尤其适用于核领域的放射性环境。