[發明專利]用于數控激光切割的簡易折線縮放超音速噴嘴

無效

• 申請號: 200810037108.2
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101284333A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 胡俊;邱明勇;盛曉軍;劉放
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/38;B23K26/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種數控激光切割技術領域的噴嘴，具體是一種用于數控激光切割的簡易折線縮放超音速噴嘴。

背景技術

在數控激光切割過程中，噴嘴是激光切割的關鍵部件之一，用來作為高能激光束和輔助氣體的公共通道。激光切割過程中，輔助氣體一方面將熔融金屬從切縫中吹除，另一方面使切口附近的金屬得以快速冷卻，從而減少掛渣和減小熱影響區。因此，良好的噴嘴設計不但能有效保證切割質量，而且能大幅度提高切割效率。

目前切割生產中應用的較廣的是會聚型噴嘴，雖然它們結構簡單，加工容易，但在用高壓氣體切割中厚板的時候，切口附近的氣體中會產生激波現象，嚴重惡化出口氣體的動力學性能，氣體的紊流度增大，流場結構對噴嘴和工件之間的距離變化非常敏感，有效切割區域明顯減小，切割效率和切割質量降低。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利申請號為CN200510095474.X的“一種新型激光切割頭”和申請號為CN200710044903.X的“用于激光切割的超音速噴嘴”發現，對于超音速噴嘴最重要的擴張段的設計，前者采用富爾士(Foelsch)流線擬合，后者采用簡化荷爾(Hall)設計方法的高次曲線擬合，噴嘴內壁曲線都非常復雜，難以加工制造。

發明內容

本發明為了克服上述缺陷和不足，設計了一種用于數控激光切割的簡易折線縮放超音速噴嘴，其中擴張段采用直線代替，這樣設計不但使得加工容易，而且有效保證出口氣體的動力學性能，提高切割質量和切割效率。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的超音速噴嘴包括平行段、收縮段、喉部和擴張段四個部分，它們構成一個連通的整體，平行段入口和外部激光器氣腔連接以便高壓輔助氣體進入，平行段出口連接收縮段的入口，收縮段出口連接喉部，喉部另一側連接擴張段入口，所述喉部是收縮段與擴張段之間的過渡截面，喉部的設計是用來實現收縮段和擴張段的過渡，收縮段出口經喉部過渡到擴張段入口。擴張段為直線段，輔助氣體經擴張段后作用于激光切割切縫處，將熔融金屬和其它廢渣吹除。擴張段為直線段，收縮段入口半徑R₀與喉部半徑R_c之比由(R0Rc)2=McM0[1+k-12M021+k-12Mc2]k+12(k-1)]]>確定，擴張段出口半徑R₁與喉部半徑R_c之比由(R1Rc)2=McM1[1+k-12M121+k-12Mc2]k+12(k-1)]]>確定，其中M₀、M_c、M₁分別表示收縮段入口、喉部和擴張段出口的馬赫數，k為氣體熱力學系數，雙原子氣體k＝1.4，多原子氣體k＝5/3，喉部的馬赫數M_c＝1，當R₀/R_c＝const，R₁/R_c＝const時，在氣體壓力作用下，超音速噴嘴的出口馬赫數保持為一個固定值。