[發明專利]一種激光加工中防反射燒損的噴嘴

無效

• 申請號: 201210501693.3
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103056522A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 王彬;鞏水利;陳俐
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種激光加工中防反射燒損的噴嘴，屬于激光加工技術領域。

背景技術

激光加工中激光的反射和散射常常給激光加工設備較大的損害，嚴重時威脅到操作工人的安全。激光加工過程中，激光噴嘴部位距離熱源最近最先容易損壞，特別是遇到一些特殊工藝或者材料時激光反射就會更加嚴重，噴嘴的燒損也隨之加劇。例如，激光修飾焊與激光彎曲成形利用的是激光散焦工藝，激光散焦后激光反射增加，大量能量被反射到噴嘴上極易造成噴嘴的燒損，嚴重時直接損傷傳輸光纖與激光設備。另外，利用激光焊接一些高反射性材料如鋁合金時，激光焊接初始階段反射嚴重極易造成噴嘴甚至設備的損傷。

目前激光加工中采用的噴嘴設計一般是同軸直角設計，在同軸氣流后加一個保護拖罩或者只有一個同軸氣。這種設計噴嘴加工簡單、成本較低、操作方便。但是利用這種噴嘴進行修飾焊或者鋁合金焊接時，激光反射嚴重，能量大部分反射到噴嘴上面，傳統的直流噴嘴只能工作幾十小時，甚至有時只能工作幾小時噴嘴就出現氧化燒損現象。嚴重時，激光能量被反射到傳輸光纖上面、或者直接反射到激光設備內部造成設備的損傷，帶來巨大的經濟損失。

激光加工中激光反射性較高的主要為特殊的激光加工工藝如激光修飾焊，以及高反射性材料的的加工如鋁合金、鎂合金的焊接。在面對激光高反射性加工時，目前均沒有特殊的專用噴嘴來保證設備的安全。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中激光高反射、散射對噴嘴、設備的損壞，設計提供了一種激光加工中防反射燒損的噴嘴，其目的是防止了反射激光對噴嘴以及設備的損傷。

本發明的目的是通過以下技術措施來實現的：

該種激光加工中防反射燒損的噴嘴，該噴嘴采用同軸設計結構，其特征在于：噴嘴的底面(1)采用傾斜設計，噴嘴的底面(1)與噴嘴的入射激光束(2)之間的夾角為60°～80°，在入射激光束(2)作用于工件(3)表面形成的反射光路與噴嘴的側壁交匯的位置上，加工有用于反射激光逸出的逸出孔(4)，在噴嘴后方的側壁上，設置一個用于對熔池進行散熱的側吹噴管(5)，側吹噴管(5)與噴嘴的底面(1)之間的夾角為20°～60°，側吹噴管(5)的側吹氣流的作用位置為熔池后2～10mm處。側吹噴管(5)的直徑為4～12mm。在噴嘴的上部設置環形水冷套(6)。

研究表明，激光加工用噴嘴的燒損其主要能量來源為激光反射光與散射光。噴嘴采用傾斜設計避免了激光垂直反射，直接燒損光纖與激光設備。噴嘴采用傾斜設計后，激光在鏡面反射下沿傾斜角度反射到噴嘴一側,該種噴嘴采用傾斜設計，在激光反射路徑上設計反射光逸出孔，避免了反射激光燒傷噴嘴，防止反射光對噴嘴的損傷；

采用傾斜帶逸出孔的噴嘴可以有效降低反射激光對設備的損傷，但是仍有部分散射激光會照射在噴嘴上，長時間照射也容易使噴嘴溫度過高造成噴嘴的損傷。在噴嘴上部設計一個環形水冷裝置，采用螺紋方式與噴嘴連接。水冷裝置添加帶走了噴嘴上的大部分熱量，避免了噴嘴的燒損，延長了工作壽命；。

在噴嘴后方設計一個側吹銅管，側吹為等離子體的驅散以及熔化金屬的流動提供驅動力同時可以吹散激光加工過程中產生的高溫等離子體，有利于焊接過程中熱量的散失。

本發明噴嘴的優點是適用于激光修飾焊、激光成形等高反射率的激光加工工藝以及鋁合金、鎂合金等高反射性材料的激光加工，對提高噴嘴壽命防止設備的損傷具有很好的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明噴嘴的結構示意圖

圖2為本發明噴嘴進行激光加工的示意圖

具體實施方式

以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述：

參見附圖1～2所示，該種激光加工中防反射燒損的噴嘴，該噴嘴采用同軸設計結構，其特征在于：噴嘴的底面1采用傾斜設計，噴嘴的底面1與噴嘴的入射激光束2之間的夾角為60°～80°，在入射激光束2作用于工件3表面形成的反射光路與噴嘴的側壁交匯的位置上，加工有用于反射激光逸出的逸出孔4，在噴嘴后方的側壁上，設置一個用于對熔池進行散熱的側吹噴管5，側吹噴管5與噴嘴的底面1之間的夾角為20°～60°，側吹噴管5的側吹氣流的作用位置為工件焊縫7的熔池后2～10mm處。側吹噴管5的直徑為4～12mm。在噴嘴的上部設置環形水冷套6。

實例一