一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴

本发明涉及激光切割，尤其是涉及一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴。

背景技术：

1、喷嘴为聚集光束或辅助气体的通道，是激光切割设备的重要组成部分。激光切割过程中，激光束将被切割材料融化(或气化)，再由辅助气体将融化材料吹走，因而喷嘴的设计决定了切割质量和切割效率。

2、目前对超音速喷嘴的设计一般采用简易折线超音速喷嘴，如中国专利cn101284333a公开了一种用于数控激光切割的简易折线缩放超音速喷嘴，包括平行段、收缩段、喉部和扩张段。扩张段为直线段，收缩段入口半径r0与喉部半径rc之比由收缩段入口马赫数m0、喉部马赫数mc和气体热力学系数k确定，扩张段出口半径r1与喉部半径rc之比由扩张段出口马赫数m1、喉部马赫数mc和气体热力学系数k确定，当r0/rc＝const，r1/rc＝const时，在气体压力作用下，超音速喷嘴的出口马赫数将保持为一个固定值。相对于传统会聚型喷嘴，其有效切割区域明显增加，能够改善切割效率提高切割质量。

3、但是，对于中厚板的切割，采用单一超音速喷嘴进行辅助切割，在切割过程中对切割质量的改善并不明显，仍有进一步改进的空间。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在采用单一超音速喷嘴进行辅助切割，在切割过程中对切割质量改善并不明显的缺陷而提供一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，包括相互连接的折线喷嘴件和辅助喷嘴基座，所述辅助喷嘴基座上设有通气孔和气流通道，所述气流通道的进气端连接通气孔，所述通气孔连接外部气源，所述气流通道出气端的气流与折线喷嘴件出气端的气流相交。

4、优选地，所述辅助喷嘴基座还包括与通气孔连通的安装孔，所述折线喷嘴件通过安装孔可拆卸连接辅助喷嘴基座，所述折线喷嘴件的外轮廓下端与安装孔的内轮廓的下端构成气流通道，所述气流通道的出气端为环状结构，所述折线喷嘴件的出气端位于气流通道的出气端的内部。

5、优选地，所述折线喷嘴件包括第一连接段，所述辅助喷嘴基座包括第二连接段；

6、所述第一连接段的内侧设有六角状的通孔，所述第一连接段的外侧设有螺纹，所述第二连接段的内侧设有螺纹，所述第一连接段螺纹连接第二连接段。

7、优选地，所述折线喷嘴件还包括第一定位段，所述安装孔的内侧设有环形定位段；

8、所述第一定位段位于第一连接段的下方，所述第一定位段的下端与环形定位段上端的形状相配合，所述第一定位段的直径大于环形定位段的内直径，所述第一定位段位于环形定位段的上方。

9、优选地，所述第一定位段的直径小于第一连接段，所述第一定位段和第一连接段的连接处构成压紧台阶，所述安装孔的内侧设有对应的支撑台阶，所述折线喷嘴件和安装孔之间设有密封圈，所述支撑台阶上设有与密封圈相配合的固定槽，所述密封圈位于固定槽内。

10、优选地，所述第二连接段的外侧设有螺纹，所述第二连接段通过螺纹连接外部设备。

11、优选地，所述辅助喷嘴基座还包括六角壁面段，所述六角壁面段的俯视图为等边六边形，所述通气孔的进气端位于六角壁面段的一侧。

12、优选地，所述折线喷嘴件的内部流道由上至下依次包括稳定段、收缩段和扩散段；所述稳定段的直径保持不变，所述收缩段的内直径由上至下逐渐变小，所述扩散段的直径由上至下逐渐变大。

13、优选地，所述折线喷嘴件和辅助喷嘴基座为一体式结构，所述气流通道为柱状通孔，所述气流通道位于折线喷嘴件出气端的一侧。

14、优选地，所述气流通道为圆锥状，所述气流通道内流出气流汇聚于预设点，所述折线喷嘴件内流出的气流经过预设点。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、(1)本方案通过将折线喷嘴件和辅助喷嘴基座连接后得到双气流通道的喷嘴，从折线喷嘴件和气流通道同时向下端喷气，在这个过程中，通过气流通道辅助超音速气流通道进行激光切割，进而能够有效的提高切割质量，且装置整体结构简单，制造成本，低经济性高。

17、(2)本方案通过气流通道形成的环状气流包围了通过折线喷嘴件形成的超音速气流，隔绝了折线喷嘴件喷出的气流与外界空气的联系，破坏了超音速喷嘴在作业产生激波的条件，对于中厚板的切割采用的超音速气流将不会产生激波，进而能够有效的提高中厚板的切割质量。

18、(3)本方案通过将气流通道的下端设成圆锥状结构，辅助气流通过气流通道后，在折线喷嘴件出口一定距离的位置与折线喷嘴喷出的超音速气流汇流，汇聚点位于激光束汇聚点上下一定距离，用来发辅助折线喷嘴件的气流，能够起到辅助吹渣的作用，从而提高切割效率。

技术特征：

1.一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，包括相互连接的折线喷嘴件(1)和辅助喷嘴基座(2)，所述辅助喷嘴基座(2)上设有通气孔(22)和气流通道(23)，所述气流通道(23)的进气端连接通气孔(22)，所述通气孔(22)连接外部气源，所述气流通道(23)出气端的气流与折线喷嘴件(1)出气端的气流相交。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述辅助喷嘴基座(2)还包括与通气孔(22)连通的安装孔(21)，所述折线喷嘴件(1)通过安装孔(21)可拆卸连接辅助喷嘴基座(2)，所述折线喷嘴件(1)的外轮廓下端与安装孔的内轮廓的下端构成气流通道(23)，所述气流通道(23)的出气端为环状结构，所述折线喷嘴件(1)的出气端位于气流通道(23)的出气端的内部。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)包括第一连接段(11)，所述辅助喷嘴基座(2)包括第二连接段(24)；

4.根据权利要求3所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)还包括第一定位段(12)，所述安装孔(21)的内侧设有环形定位段(4)；

5.根据权利要求4所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述第一定位段(12)的直径小于第一连接段(11)，所述第一定位段(12)和第一连接段(11)的连接处构成压紧台阶(16)，所述安装孔(21)的内侧设有对应的支撑台阶(5)，所述折线喷嘴件(1)和安装孔(21)之间设有密封圈(3)，所述支撑台阶(5)上设有与密封圈相配合的固定槽，所述密封圈(3)位于固定槽内。

6.根据权利要求3所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述第二连接段(24)的外侧设有螺纹，所述第二连接段(24)通过螺纹连接外部设备。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述辅助喷嘴基座(2)还包括六角壁面段(25)，所述六角壁面段(25)的俯视图为等边六边形，所述通气孔(22)的进气端位于六角壁面段(25)的一侧。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)的内部流道由上至下依次包括稳定段(13)、收缩段(14)和扩散段(15)；所述稳定段(13)的直径保持不变，所述收缩段(14)的内直径由上至下逐渐变小，所述扩散段(15)的直径由上至下逐渐变大。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述折线喷嘴件(1)和辅助喷嘴基座(2)为一体式结构，所述气流通道(23)为柱状通孔，所述气流通道(23)位于折线喷嘴件(1)出气端的一侧。

10.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，其特征在于，所述气流通道(23)为圆锥状，所述气流通道(23)内流出气流汇聚于预设点，所述折线喷嘴件(1)内流出的气流经过预设点。

技术总结
本发明涉及一种用于激光切割的超音速双气流喷嘴，包括相互连接的折线喷嘴件和辅助喷嘴基座，所述辅助喷嘴基座上设有通气孔和气流通道，所述气流通道的进气端连接通气孔，所述通气孔连接外部气源，所述气流通道出气端的气流与折线喷嘴件出气端的气流相交。与现有技术相比，本发明具有辅助切割质量好、效率高等优点。

技术研发人员：叶筱,徐千惠,蔡晓琳,叶聪,高延峰,王新宇
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15