激光加工头和用于激光加工头的环形喷嘴制造技术

本发明专利技术涉及一种激光加工头(1)，其包括：用于将激光束(3)聚焦在工件(5)的加工区(4)上的聚焦镜组(2)以及与激光束轴线(8)同轴地布置的环形喷嘴(9)，所述环形喷嘴用于将辅助气体(6)引入到围绕加工区(4)的区域(7)中。环形喷嘴(9)能沿着激光束轴线(8)移动地支承在所述激光加工头(1)上并且能够在激光加工头(1)上沿着激光束轴线(8)布置在不同的位置中。本发明专利技术也涉及一种用于激光加工头(1)的环形喷嘴(9)，所述环形喷嘴用于将辅助气体(6)引入到围绕工件(5)的加工区(4)的区域(7)中，所述环形喷嘴包括：第一环形部件、第二环形部件、以及换接环，它们能彼此松脱地连接并且共同限定环形的气体分配空间的边界，其中，为了将用于辅助气体(6)的输入装置与至少一个环形部件连接，构造一个通到气体分配空间的输入口，其中，在换接环上构造至少一个用于辅助气体(6)的输出口(10)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光加工头和用于激光加工头的环形喷嘴
本专利技术涉及一种激光加工头，其包括：用于将激光束聚焦在工件的加工区上的聚焦镜组、与激光束轴线同轴地布置的环形喷嘴，所述环形喷嘴用于将辅助气体引入到围绕加工区的区域中。本专利技术也涉及一种用于激光加工头的环形喷嘴，所述环形喷嘴用于将辅助气体引入到围绕工件的加工区的区域中。
技术介绍
在激光焊接工件时，在工件的加工区中形成所谓的毛细管，在所述毛细管中局部地熔化待加工的工件。由于通过激光束持续地输入高能量，从毛细管或围绕毛细管的熔池中排出金属蒸汽，所述金属蒸汽以小的颗粒形式在围绕加工区的区域中上升。由激光加工头产生的激光束的一部分被金属蒸汽颗粒吸收，因此所述金属蒸汽颗粒被加热并且由于其非常高的温度而发射出热辐射，也就是说，这导致形成所谓的金属蒸汽火舌。加工期间金属蒸汽火舌的空间的形状或延伸可能会随着时间和位置极大改变。相应地在环境媒介中温度发生改变并且随之出现计算基准随着时间和位置同样极大改变，从而形成所谓的热透镜，所述热透镜导致激光束以高的时间动态偏转。由此导致的输入到工件中的时间上和位置上不均匀的能量典型地消极影响工件加工的质量：通过前述的相互影响例如导致焊接飞溅、以不均匀的焊缝上部焊瘤形式的焊缝波动或者通常导致质量降低的焊缝几何形状。此外，金属蒸汽火舌的形成(然而也包括焊接气体、浓烟等的扩散)具有下述问题，上升的金属蒸汽或包含在上升的焊接气体中的颗粒可能会越来越多地沉积在激光加工头上(例如在聚焦镜组上)并且例如由于热感应引起的聚焦位置偏移可能会导致妨碍激光加工头的功能。特别明显地形成了在激光加工期间产生金属喷溅物的危险，所述金属喷溅物不可控地从毛细管的熔化物朝着激光加工头、特别是聚焦镜组的方向喷出。为了获得改善的过程结果(例如改善的焊缝质量)，由DE202004017854U1公知的是，减少激光束与金属蒸汽火舌的相互影响。这通过以下方式实现，即通过至少一个气体流将已聚焦的激光束的位于加工透镜下方的区域保持尽可能不含由焊接气体和热的周围空气构成的混合气，其方式是，气体流在聚焦的激光束上取向并且穿过激光束。为了该目的，气体流可能会倾斜朝向加工区取向和/或倾斜朝向工件上的加工区之前的区域取向。这个气体流或这些气体流借助于一个或多个气体喷嘴、例如借助于与激光束同轴地布置的环形喷嘴产生。为了保护激光加工头或聚焦镜组(以及前述的气体喷嘴或同轴喷嘴)免受喷出的金属喷溅物的影响，此外，由上述的DE202004017854U1公知的是，使用相对强的、横向于入射的激光束取向的和邻近透镜布置的横向空气流(英语为Crossjet(横向气帘))，在金属喷溅物到达激光加工头或聚焦镜组并且可能损害它们之前，所述横向空气流抓住可能喷出的金属喷溅物并且使之偏转。为了借助于横向空气流使已述的热透镜效应减小到最小程度，必须将所述横向空气流尽可能近地施加到工件上。因此，一方面产生干扰轮廓的问题，另一方面当使用的气体喷嘴相对接近于工件的加工区地布置时，使用的气体喷嘴可能会相对容易地由上升的金属蒸汽(或金属蒸汽火舌)或者由从熔化物中喷出的金属喷溅物污染。从确定的污染程度起需要中断激光运行用于清洁或更换气体喷嘴，以便确保其工作方式并且防止使焊缝质量变坏。此外，金属蒸汽可能围绕横向空气流流动，因此，这可能会在横向空气流的上方再次导致通过金属喷溅物的已述的污染。如果将横向空气流吹入熔池，那么可能会消极地影响焊缝质量。此外，由US2009/0134132A1公知了一种同轴喷嘴，通过所述同轴喷嘴喷出快速的第一气体流，所述第一气体流在激光焊接期间产生工件上形成的毛细管的动态的气压，从而毛细管保持敞开并且稳定了熔池的流体压力，以便阻止金属喷溅物朝着激光加工头的方向喷出。围绕第一空气流的慢速的第二空气流用于阻止熔化物与周围空气的氧气接触。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，改善开头所述的激光加工头，特别是减少用于限制金属蒸汽火舌的气体的消耗量。本专利技术的目的也在于，提高在使用开头所述的环形喷嘴时的灵活性。根据第一方面，该目的通过开头所述种类的激光加工头实现，所述激光加工头的特征在于，环形喷嘴能沿着激光束轴线移动地支承在激光加工头上并且能够在激光加工头上沿着激光束轴线布置在不同的位置中。环形喷嘴在移动时典型地与激光束轴线同轴地取向，也就是说，在激光加工头的激光运行中，环形喷嘴的旋转轴线与激光束轴线重合。此外，通过将环形喷嘴相对于加工头的可安置聚焦镜组的壳体沿着激光束轴线安置在不同的位置上或者固定在壳体或壳体部段上的可能性，可以与相应的加工情况(例如工件和激光加工头之间的不同的加工距离)的需要相应地调节用于排挤偏离激光束的光路的金属蒸汽火舌所需的体积流量。环形喷嘴沿着激光束轴线的可移动性能够以有利的方式选择喷嘴环的位置，在所述位置中，用于排挤偏离激光束的光路的金属蒸汽火舌所需的体积流量被减小到最小程度。环形喷嘴沿着激光束轴线的适当的位置可以对于预定的加工参数(至工件的加工距离或聚焦镜组的焦距、进给速度、加工的工件的种类等)根据实验地或者借助于流动模拟来确定，在所述适当的位置中，需要尽可能小的体积流量，以便有效地排挤金属蒸汽火舌。相应的信息例如可以存储在数据库中，操作者或必要时激光加工机的控制装置可以访问所述数据库，以便将环形喷嘴移动到适当位置中并且固定在那里。此外，通过环形喷嘴的高度可调节性可以有针对性地并且对于特定的情况调节所述环形喷嘴的作用区域、即下述区域，在所述区域中从环形喷嘴中喷出的辅助气体排挤在激光加工工件时产生的焊接气体(或金属蒸汽火舌)。因此，通过环形喷嘴的高度可调节性显著地改善了激光加工头的可使用性。特别是在不同的加工情况(改变的加工距离、焦距、进给速度等)中实现了更灵活地操纵激光加工头。在本专利技术的优选的实施方式中，环形喷嘴刚性地与用于辅助气体的输入装置的管状部段连接，所述部段沿着激光束轴线的方向延伸。通过输入装置的管状部段与环形喷嘴刚性地连接，简化了对激光加工头的操纵、特别是对至聚焦镜组或待加工的工件的不同的间距的调节。通过刚性的连接可以保持环形喷嘴与激光加工头或激光束轴线同轴的取向。用于辅助气体的输入装置可以例如通过适配器气封地与环形喷嘴连接，所述辅助气体通过管状部段引导，所述适配器促使辅助气体流从管状部段以大约90°转向，并且因此实现了通过环形喷嘴的侧面的输入口输送辅助气体。前述的实施方式的一个进一步方案也是优选的，其中，管状部段能移动地支承在激光加工头上。通过管状部段的能移动的支承可以实现环形喷嘴的特别简单的和高效的可移动性，环形喷嘴与所述管状部段刚性地连接。特别是能够以有利的方式取消其他的支承机构、例如附加的引导装置或这一类的装置。取而代之，输入装置的用于运行环形喷嘴的部段以有利的方式构造为管状的(刚性的)，从而所述部段自身有助于实现能移动地支承环形喷嘴的部段。管状部段必要时可以借助于可控的驱动装置、例如借助于直线型驱动装置沿着激光加工头(平行于激光束轴线)移动并且固定或安置在不同的位置中，以便实现自动地移动环形喷嘴。优选地，激光加工头附加地包括用于将管状部段夹紧地固定在激光加工头上的夹紧装置。通过该方式，能够以简单的方式和方法实现相对于聚焦镜组或工件分别以期望的间距固定环形喷嘴。夹紧装置典型地由操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工头(1)，其包括：用于将激光束(3)聚焦在工件(5)的加工区(4)上的聚焦镜组(2)以及与激光束轴线(8)同轴地布置的环形喷嘴(9)，所述环形喷嘴用于将辅助气体(6)引入到围绕所述加工区(4)的区域(7)中，其特征在于，所述环形喷嘴(9)能沿着所述激光束轴线(8)移动地支承在所述激光加工头(1)上并且能够在所述激光加工头(1)上沿着所述激光束轴线(8)布置在不同的位置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.21 DE 102012217082.01.一种用于激光加工头(1)的环形喷嘴(9)，所述环形喷嘴用于将辅助气体(6)引入到围绕工件(5)的加工区(4)的区域(7)中，所述环形喷嘴包括：第一环形部件(22)、第二环形部件(23)、以及换接环(24)，所述第一环形部件、所述第二环形部件以及所述换接环能松脱地彼此连接并且共同限定环形的气体分配空间(27)的边界，其中，为了连接用于所述辅助气体(6)的输入装置，在第一环形部件(22)和第二环形部件(23)中的至少一个上构造一通到所述气体分配空间(27)的输入口(28)，其中，在所述换接环(24)上构造至少一个用于所述辅助气体(6)的输出口(10)。2.根据权利要求1所述的环形喷嘴，其特征在于，在所述换接环(24)上构造多个用于所述辅助气体(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·布罗格哈默，V·罗明格尔，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE