[发明专利]一种激光加工中防反射烧损的喷嘴

说明书

技术领域

本发明是一种激光加工中防反射烧损的喷嘴，属于激光加工技术领域。

背景技术

激光加工中激光的反射和散射常常给激光加工设备较大的损害，严重时威胁到操作工人的安全。激光加工过程中，激光喷嘴部位距离热源最近最先容易损坏，特别是遇到一些特殊工艺或者材料时激光反射就会更加严重，喷嘴的烧损也随之加剧。例如，激光修饰焊与激光弯曲成形利用的是激光散焦工艺，激光散焦后激光反射增加，大量能量被反射到喷嘴上极易造成喷嘴的烧损，严重时直接损伤传输光纤与激光设备。另外，利用激光焊接一些高反射性材料如铝合金时，激光焊接初始阶段反射严重极易造成喷嘴甚至设备的损伤。

目前激光加工中采用的喷嘴设计一般是同轴直角设计，在同轴气流后加一个保护拖罩或者只有一个同轴气。这种设计喷嘴加工简单、成本较低、操作方便。但是利用这种喷嘴进行修饰焊或者铝合金焊接时，激光反射严重，能量大部分反射到喷嘴上面，传统的直流喷嘴只能工作几十小时，甚至有时只能工作几小时喷嘴就出现氧化烧损现象。严重时，激光能量被反射到传输光纤上面、或者直接反射到激光设备内部造成设备的损伤，带来巨大的经济损失。

激光加工中激光反射性较高的主要为特殊的激光加工工艺如激光修饰焊，以及高反射性材料的的加工如铝合金、镁合金的焊接。在面对激光高反射性加工时，目前均没有特殊的专用喷嘴来保证设备的安全。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中激光高反射、散射对喷嘴、设备的损坏，设计提供了一种激光加工中防反射烧损的喷嘴，其目的是防止了反射激光对喷嘴以及设备的损伤。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该种激光加工中防反射烧损的喷嘴，该喷嘴采用同轴设计结构，其特征在于：喷嘴的底面(1)采用倾斜设计，喷嘴的底面(1)与喷嘴的入射激光束(2)之间的夹角为60°～80°，在入射激光束(2)作用于工件(3)表面形成的反射光路与喷嘴的侧壁交汇的位置上，加工有用于反射激光逸出的逸出孔(4)，在喷嘴后方的侧壁上，设置一个用于对熔池进行散热的侧吹喷管(5)，侧吹喷管(5)与喷嘴的底面(1)之间的夹角为20°～60°，侧吹喷管(5)的侧吹气流的作用位置为熔池后2～10mm处。侧吹喷管(5)的直径为4～12mm。在喷嘴的上部设置环形水冷套(6)。

研究表明，激光加工用喷嘴的烧损其主要能量来源为激光反射光与散射光。喷嘴采用倾斜设计避免了激光垂直反射，直接烧损光纤与激光设备。喷嘴采用倾斜设计后，激光在镜面反射下沿倾斜角度反射到喷嘴一侧,该种喷嘴采用倾斜设计，在激光反射路径上设计反射光逸出孔，避免了反射激光烧伤喷嘴，防止反射光对喷嘴的损伤；

采用倾斜带逸出孔的喷嘴可以有效降低反射激光对设备的损伤，但是仍有部分散射激光会照射在喷嘴上，长时间照射也容易使喷嘴温度过高造成喷嘴的损伤。在喷嘴上部设计一个环形水冷装置，采用螺纹方式与喷嘴连接。水冷装置添加带走了喷嘴上的大部分热量，避免了喷嘴的烧损，延长了工作寿命；。

在喷嘴后方设计一个侧吹铜管，侧吹为等离子体的驱散以及熔化金属的流动提供驱动力同时可以吹散激光加工过程中产生的高温等离子体，有利于焊接过程中热量的散失。

本发明喷嘴的优点是适用于激光修饰焊、激光成形等高反射率的激光加工工艺以及铝合金、镁合金等高反射性材料的激光加工，对提高喷嘴寿命防止设备的损伤具有很好的应用价值。

附图说明

图1为本发明喷嘴的结构示意图

图2为本发明喷嘴进行激光加工的示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～2所示，该种激光加工中防反射烧损的喷嘴，该喷嘴采用同轴设计结构，其特征在于：喷嘴的底面1采用倾斜设计，喷嘴的底面1与喷嘴的入射激光束2之间的夹角为60°～80°，在入射激光束2作用于工件3表面形成的反射光路与喷嘴的侧壁交汇的位置上，加工有用于反射激光逸出的逸出孔4，在喷嘴后方的侧壁上，设置一个用于对熔池进行散热的侧吹喷管5，侧吹喷管5与喷嘴的底面1之间的夹角为20°～60°，侧吹喷管5的侧吹气流的作用位置为工件焊缝7的熔池后2～10mm处。侧吹喷管5的直径为4～12mm。在喷嘴的上部设置环形水冷套6。

实例一