[发明专利]激光加工头和用于激光加工头的环形喷嘴

说明书

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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DE 20 2004 017 854 U1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DE 20 2004 017 854 U1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US 2009/0134132 A1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。

发明内容

本发明的目的在于，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。本发明的目的也在于，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。