【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于激光处理系统的一种或多种喷嘴设计。
技术介绍
1、包括激光处理系统、液体喷射处理系统和等离子弧炬系统的材料处理系统被广泛用于处理(例如，加热、切割、熔刮和标记)材料，比如金属片材。激光处理系统通常包括高功率激光器、气流、光学系统和计算机控制数字系统(cnc)。在操作中，激光处理系统使用气流将熔融材料吹离工件，同时可控地将激光束递送到工件以处理工件。由于激光束、气流和激光喷嘴的几何形状易于控制，激光处理系统经常用于精密切割操作。
2、在激光处理系统中，气流的流动轮廓由操作压力和喷嘴几何形状的物理特性确定。传统上，气流包括空气、氧气、氮气、氩气等或者这些气体中的两种或更多种的混合物。在气流中使用氧气和压缩空气是最便宜的，但随着它们进行切割会使工件氧化，因此需要进行诸如化学精加工或研磨之类的切割后处理。在切割材料容易氧化的情况下，在气流中使用氮气或氩气可能是有益的，因为它们通常是惰性的，并且随着它们进行切割不会与工件发生反应。然而，氮气和氩气通常在非常高的压力和流速下操作，使其使用起来比氧气更昂贵，从而增加了激光处理系统的操作成本。
3、改变激光处理系统的气流的流动轮廓的一种方式是增加激光切割喷嘴的外周区域相对于中心区域的速度和压力轮廓。然而，这是困难的，因为外周区域和中心区域通常由同一个静压室馈送。在两个区域以不同压力或气体进行馈送的情况下，即使间隙很小，在喷嘴和工件之间的间隙也可以产生均匀静压的区域，从而最小化不同馈送参数的影响。此外，如果喷嘴的外周区域和中心区域中的压力不同，则气体
4、因此，需要能够改进对这些系统的气流的压力和速度流动轮廓的控制的激光处理系统的喷嘴，以实现期望的切割。
技术实现思路
1、在一些实施例中，本专利技术提供了一种用于激光切割应用的喷嘴，其构造成在喷嘴内被动地将主流体(例如，气体)和第二流体(例如，气体)的一部分混合。由此产生的喷嘴设计改进了对喷嘴端面和工件之间的区域中的气流的压力和速度轮廓的控制，以在工件中实现期望的切割。在一些实施例中，本专利技术的喷嘴构造成产生多个保持彼此不同的流体流动通路，同时这些通路中的一个或多个通过排放被引入到周围环境，这允许气体混合、压力变化，或两者。这些多个通路允许更好地控制切割变量，这导致以更低的操作成本实现更受控的切割，并且提高切割质量。
2、在一个方面，提供了一种用于激光处理头的喷嘴，用于处理工件。喷嘴包括设置在喷嘴的本体中的主通路。主通路构造成将激光束和主流体从本体的近端引导至本体的远端，以处理工件。喷嘴还包括成组至少一个辅助通路，成组至少一个辅助通路布置在喷嘴的本体中并且从主通路的纵向轴线径向偏移。至少一个辅助通路的远侧部分转向成两个流体流动通路，包括第一流体流动通路以及第二流体流动通路，其中第一流体流动通路构造成将辅助流体的第一部分轴向地向前引向喷嘴本体的远端，以基本上遮蔽从主通路发出的激光束，而第二流体流动通路构造成径向向内引导辅助流体的第二部分，以与主通路中的主流体混合。
3、在另一方面，提供了一种用于在激光处理系统的激光处理头的喷嘴内混合至少两种流体的方法。该方法包括将主流体从本体的近端到远端轴向向前引导通过设置在喷嘴的本体中的主通路，以及将辅助流体提供到设置在喷嘴的本体中的至少一个辅助通路中。辅助通路的远侧部分构造成转向成第一流体流动通路和第二流体流动通路。该方法还包括将辅助流体的第一部分朝向喷嘴本体的远端轴向向前引导通过辅助通路的第一流体流动通路，将辅助流体的第二部分朝向主通路中的主流体向内引导通过辅助通路的第二流体流动通路，并且将辅助流体的第二部分与主通路中的主流体混合以产生混合的处理流体。
4、在又一个方面，提供了一种用于激光处理头的喷嘴，用于处理工件。喷嘴包括设置在喷嘴的本体中的主通路。主通路构造成将激光束和主流体从本体的近端引导至本体的远端，以处理工件。喷嘴还包括设置在喷嘴的本体中的成组至少一个辅助通路。该至少一个辅助通路的远侧部分构造成转向成两个流体流动通路，包括(i)第一流体流动通路，该第一流体流动通路构造成朝向喷嘴本体的远端在轴向向前方向上引导辅助流体的第一部分，以基本上遮蔽从主通路发出的激光束，以及(ii)第一流体流动通路，该第一流体流动通路构造成朝向喷嘴本体的远端在轴向向前方向上引导辅助流体的第一部分以基本上遮蔽从主通路发出的激光束。喷嘴还包括成组至少一个排放通路，该排放通路从主通路向外延伸以将主通路流体地连接到大气。
5、上述方面中的任一方面可包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，第一流体流动通路将辅助流体的第一部分朝向本体的远端向前引导，并且第二流体流动通路将辅助流体的第二部分朝向本体的近端在部分或基本反向的方向(例如，与主通路中的主流体的方向基本上轴向相反)上引导。在一些实施例中，第二流体流动通路相对于第一流体流动通路成约15度至约75度之间的角度。在一些实施例中，主流体和辅助流体是气体。
6、在一些实施例中，成组至少一个辅助通路包括围绕喷嘴本体中的主通路周向设置的至少三个不同的辅助通路。在一些实施例中，至少一个辅助通路具有矩形横截面。在一些实施例中，主通路具有在0.78mm2至19.6mm2之间的横截面积，并且辅助通路具有在5.5mm2至40mm2之间的横截面积。在一些实施例中，主通路的横截面积与辅助通路的横截面积的比率小于约8。
7、在一些实施例中，提供成组至少一个排放通路，该排放通路从主通路向外延伸以将主通路流体地连接到大气。在一些实施例中，至少一个排放通路定向成基本上垂直于主通路或至少一个辅助通路的第一流体流动通路中的至少一个。在一些实施例中，至少一个排放通路位于相对于第二流体流动通路轴向远侧的位置处。在一些实施例中，至少一个排放通路与第一流体流动通路流体隔离。
8、在一些实施例中，喷嘴是包括内部本体和外部本体的两件式喷嘴，其中(i)内部本体包括第二流体流动通路，并且(ii)外部本体与内部本体协配，限定第一流体流动通路。在一些实施例中，喷嘴是三件式喷嘴，其还包括设置在内部本体内的插入件。在一些实施例中，插入件设置在靠近喷嘴的本体的近端的主通路中。在一些实施例中，插入物包括至少至少一个脚部、内孔口和围绕内孔口设置的成组喷淋孔。在一些实施例中，混合腔室设置在插入件的内孔口和喷嘴的出口孔口之间的主通路中。混合腔室与辅助通路的第一流体流动通路流体连通。在一些实施例中，排放腔室位于混合腔室和出口孔口之间，排放腔室具有比混合腔室更小的容积。
9、在一些实施例中，激光束被轴向向前引导穿过主通路，并且激光束与混合的处理流体一起在喷嘴的远端处从主通路喷射。在一些实施例中，辅助流体的第一部分在喷嘴的远端处从辅助通路的第一流动通路喷射，以当激光束从主通路发出时基本上遮蔽激光束。
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【技术保护点】
1.一种用于处理工件的激光处理头的喷嘴，所述喷嘴包括：
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，(i)所述第一流体流动通路将所述辅助流体的所述第一部分朝向所述本体的所述远端向前引导，并且(ii)所述第二流体流动通路将所述辅助流体的所述第二部分在基本上反向的方向上朝向所述本体的所述近端引导。
3.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述第二流体流动通路相对于所述第一流体流动通路成约15度至约75度之间的角度。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述成组至少一个辅助通路包括围绕所述喷嘴的本体中的所述主通路周向设置的至少三个不同的辅助通路。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个辅助通路具有矩形横截面。
6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括成组至少一个排放通路，所述至少一个排放通路从所述主通路向外延伸，以将所述主通路流体地连接到大气。
7.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路定向成基本上垂直于所述主通路或所述至少一个辅助通路的所述第一流体流动通路中的至少
8.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路位于相对于所述第二流体流动通路轴向远侧的位置处。
9.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路与所述第一流体流动通路流体隔离。
10.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴是包括内部本体和外部本体的两件式喷嘴，其中(i)所述内部本体包括所述第二流体流动通路，并且(ii)所述外部本体与所述内部本体协配，限定所述第一流体流动通路。
11.根据权利要求10所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴是三件式喷嘴，所述三件式喷嘴还包括设置在所述内部本体内的插入件。
12.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主流体和所述辅助流体是气体。
13.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主通路具有在0.78mm2至19.6mm2之间的横截面积，并且所述辅助通路具有在5.5mm2至40mm2之间的横截面积。
14.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主通路的横截面积与所述辅助通路的横截面积的比率小于约8。
15.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括插入件，所述插入件设置在所述主通路中，靠近所述喷嘴的本体的所述近端。
16.根据权利要求15所述的喷嘴，其特征在于，所述插入物包括至少至少一个脚部、内孔口和围绕所述内孔口设置的成组喷淋孔。
17.根据权利要求16所述的喷嘴，其特征在于，还包括设置在所述插入件的所述内孔口和所述喷嘴的出口孔口之间的所述主通路中的混合腔室，其中，所述混合腔室与所述辅助通路的所述第一流体流动通路流体连通。
18.根据权利要求18所述的喷嘴，其特征在于，还包括排放腔室，所述排放腔室位于所述混合腔室和所述出口孔口之间，所述排放腔室具有比所述混合腔室更小的容积。
19.一种在激光处理系统的激光处理头的喷嘴内混合至少两种流体的方法，所述方法包括：
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括将所述辅助流体的所述第一部分在所述喷嘴的所述远端处从所述辅助通路的所述第一流动通路喷射，以当所述激光束从所述主通路发出时基本上遮蔽所述激光束。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述辅助流体的所述第二部分向内引导包括：沿与所述主通路中的所述主流体的方向基本轴向相反的方向引导所述第二部分。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二流体流动通路相对于所述第一流体流动通路成约15度至约75度之间的角度。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，当主流体从所述喷嘴的所述近端进入所述主通路时，所述主流体具有的压力在约60磅每平方英寸(psi)至约300psi之间。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，当所述辅助流体从所述喷嘴的所述近端进入所述辅助通路时，所述辅助流体具有的压力在约30psi至约300psi之间。
26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括经由设置在所述喷嘴的所述本体中的至少一个径向排放通路将所述混合的处理流体的一部分排放到大气中。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，排出的所述混合的处理流体的一部分与所述第一流体流动通路中的所述辅助流体的所述第一部分流体隔离。
28.根据权利要求1...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于处理工件的激光处理头的喷嘴，所述喷嘴包括：
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，(i)所述第一流体流动通路将所述辅助流体的所述第一部分朝向所述本体的所述远端向前引导，并且(ii)所述第二流体流动通路将所述辅助流体的所述第二部分在基本上反向的方向上朝向所述本体的所述近端引导。
3.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述第二流体流动通路相对于所述第一流体流动通路成约15度至约75度之间的角度。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述成组至少一个辅助通路包括围绕所述喷嘴的本体中的所述主通路周向设置的至少三个不同的辅助通路。
5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个辅助通路具有矩形横截面。
6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括成组至少一个排放通路，所述至少一个排放通路从所述主通路向外延伸，以将所述主通路流体地连接到大气。
7.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路定向成基本上垂直于所述主通路或所述至少一个辅助通路的所述第一流体流动通路中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路位于相对于所述第二流体流动通路轴向远侧的位置处。
9.根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通路与所述第一流体流动通路流体隔离。
10.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴是包括内部本体和外部本体的两件式喷嘴，其中(i)所述内部本体包括所述第二流体流动通路，并且(ii)所述外部本体与所述内部本体协配，限定所述第一流体流动通路。
11.根据权利要求10所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴是三件式喷嘴，所述三件式喷嘴还包括设置在所述内部本体内的插入件。
12.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主流体和所述辅助流体是气体。
13.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主通路具有在0.78mm2至19.6mm2之间的横截面积，并且所述辅助通路具有在5.5mm2至40mm2之间的横截面积。
14.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述主通路的横截面积与所述辅助通路的横截面积的比率小于约8。
15.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括插入件，所述插入件设置在所述主通路中，靠近所述喷嘴的本体的所述近端。
16.根据权利要求15所述的喷嘴，其特征在于，所述插入物包括至少至少一个脚部、内孔口和围绕所述内孔口设置的成组喷淋孔。
17.根据权利要求16所述的喷嘴，其特征在于，还包括设置在所述插入件的所述内孔口和所述喷嘴的出口孔口之间的所述主通路中的混合腔室，其中，所述混合腔室与所述辅助通路的所述第一流体流动通路流体连通。
18.根据权利要求18所述的喷嘴，其特征在于，还包括排放腔室，所述排放腔室位于所述混合腔室和所述出口孔口之间，所述排放腔室具有比所述混合腔室更小的容积。
19.一种在激光处理系统的激光处理头的喷嘴内混合至少两种流体的方法，所述方法包括：
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括将所述辅助流体的所述第一部分在所述喷嘴的所述远端处从所述辅助通路的所述第一流动通路喷射...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·伍兹，B·米柳斯，平野孝幸，R·康罗伊，H·怀特，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：
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