激光-等离子复合切割喷嘴、切割装置和方法及应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及切割装置技术，提供了激光

【技术实现步骤摘要】
激光
‑
等离子复合切割喷嘴、切割装置和方法及应用


[0001]本专利技术涉及切割装置
，具体而言，涉及一种激光
‑
等离子复合切割喷嘴、切割装置和方法及应用。

技术介绍

[0002]随着工业化进程的深入，国家在装备、海洋、轨道交通、新能源、冶金及航空航天等领域的深入研究，机械制造、船舶制造、能源及其它工业领域工艺水平的提高，大型焊接结构件先进制造工艺要求进一步提高。这些先进制造技术进一步提高了对焊接和切割技术的要求。船舶建造过程中，5
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30mm厚的钢和合金高效质量切割和焊接是最主要的建造需求，目前这一厚度范围的板材采用激光切割和焊接价格十分高昂，而等离子切割在很大程度上难以达到要求后续无需机械加工的质量要求。采用激光和等离子复合热源进行切割的方法可以解决成本与质量的矛盾问题。在现有技术“在激光支持下进行等离子切割或等离子焊接的方法和装置”中提出了通过在钨极外面形成环形激光束或在钨极外面引进两个激光束形成的激光
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等离子复合切割方法，但该专利技术的缺点是环形激光束向外扩散，降低了激光能量密度，同时由于电极预留激光通道，使得等离子压缩性降低，不能很好得利用双方优势。专利技术专利“利用激光设备与电弧设备加工工件的方法与装置”采用环形电极，中间激光的复合模式进行，该方法的缺点是容易在阴极平行端面造成过热，另外切割过程需要的活性气体通常与等离子发生气混合，这样既影响了等离子体的产生，同时使电极长时间暴露于活性气体，大大缩短其寿命。
[0003]因此，现有技术中缺乏有效改善的激光
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等离子复合切割质量的装置。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的包括，例如，提供了一种激光
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等离子复合切割喷嘴、切割装置和方法及应用，其旨在改善
技术介绍
提到的至少一种问题。
[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种激光
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等离子复合切割喷嘴，喷嘴的中部设置有电弧通道，喷嘴内围绕电弧通道设置环形集气室，环形集气室通过环形的通气道与电弧通道连通，通气道的环内侧与电弧通道连通，通气道的环外侧与环形集气室连通，喷嘴设置有辅助气进气道，辅助气进气道与环形集气室的外侧边缘连通用于使辅助气切向进气。
[0008]在可选的实施方式中，辅助气进气道数量为2，2个辅助气进气道呈中心对称设置。
[0009]在可选的实施方式中，通气道与辅助气进气道错位设置。
[0010]在可选的实施方式中，电弧通道包括相互连通的且均呈圆柱形的导入段和导出段，导入段的直径小于导出段的直径，导入段和导出段的交界处与通气道连通。
[0011]在可选的实施方式中，通气道在平行于电弧通道方向的截面呈“八”字形，通气道的环内侧与导入段和导出段连通，“八”字形的小头端朝向导出段。
[0012]在可选的实施方式中，导入段直径为1
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5mm，导出段直径为2
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7mm。
[0013]在可选的实施方式中，通气道的外侧到其内侧的距离为导入段直径的1.4
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1.6倍，通气道的宽度为导入段直径的0.3
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2倍；
[0014]优选地，通气道的外侧到其内侧的距离为1.5
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7.5mm，宽度为0.3
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10mm。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种激光
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等离子复合切割装置，包括如前述实施方式任一项的激光
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等离子复合切割喷嘴；
[0016]优选地，切割装置还包括棒状阴极，棒状阴极设置于电弧通道进气的一侧且朝向电弧通道。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种激光
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等离子复合切割方法，采用如前述实施方式的激光
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等离子复合切割喷嘴进行切割。
[0018]在可选的实施方式中，电弧通道内通离子发生气，离子发生气的流速为30
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300L/min，压强0.2
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2.0Mpa；优选地，离子发生气为氦气或氩气；
[0019]优选地，辅助气进气道通入的辅助气的流速和压强均分别小于离子发生气的流速和压强；优选地，辅助气包括氧气和空气中至少一种，更优选地，所述辅助气包括活性气体，所述活性气体包括甲烷、丙烷、丙烯和乙炔中至少一种；进一步优选地，所述辅助气还包括水蒸气、氮气；
[0020]优选地，切割时，电弧和激光束在Z轴的运动是为相对独立，切割过程根据工件厚度在距离工件表面0
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90％范围内动态调节激光焦点位置。
[0021]在可选的实施方式中，切割时用到的棒状阴极为1个或4个，当使用直流电源时，棒状阴极为1个；当使用三相交流电时，棒状阴极为4个，其中3个对应三相，另外一个用于稳定直流电源。
[0022]第四方面，本专利技术提供上述喷嘴、装置和方法在汽车、船舶或轨道交通领域的大型构件的切割中的应用。
[0023]本专利技术实施例的有益效果包括，例如：
[0024]由于辅助气进气道、环形集气室和通气道的具体设置，减小了活性气体对电极的影响，增大了辅助气的气压和分布均匀性，因此喷嘴可以用于改善切割质量，结果表明切割质量与激光切割接近，同时还降低了由于使用活性气体导致的电极寿命缩短的风险。与常规装置相比，本申请提供的喷嘴可以在活性气体(氧气，空气等)的条件下切割实现电极功能稳定性，并可以将金属板材料的切割速度提高约一半。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本申请实施例提供的激光
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等离子复合切割喷嘴的主视图；
[0027]图2为本申请实施例提供的激光
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等离子复合切割喷嘴的俯视图；
[0028]图3为图2中A
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A处的剖视图；
[0029]图4为图1中B
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B处的剖视图；
[0030]图5为图1中C
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C处的剖视图；
[0031]图6为图1中D
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D处的剖视图；
[0032]图7为本申请另一实施例的激光
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等离子复合切割喷嘴的剖视图；
[0033]图8为本申请实施例提供的切割方法切割时的示意图；
[0034]图9为实验例对照组和实验组提供的切割方法切割后的效果图。
[0035]图标：100
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激光
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等离子复合切割喷嘴；110
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电弧通道；111...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的中部设置有电弧通道，所述喷嘴内围绕所述电弧通道设置环形集气室，所述环形集气室通过环形的通气道与所述电弧通道连通，所述通气道的环内侧与所述电弧通道连通，所述通气道的环外侧与所述环形集气室连通，所述喷嘴设置有辅助气进气道，所述辅助气进气道与所述环形集气室的外侧边缘连通用于使辅助气切向进气。2.根据权利要求1所述的激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述辅助气进气道数量为2，2个所述辅助气进气道呈中心对称设置；优选地，所述通气道与所述辅助气进气道错位设置。3.根据权利要求1所述的激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述电弧通道包括相互连通的且均呈圆柱形的导入段和导出段，所述导入段的直径小于所述导出段的直径，所述导入段和所述导出段的交界处与所述通气道连通。4.根据权利要求3所述的激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述通气道在平行于所述电弧通道方向的截面呈“八”字形，所述通气道的环内侧与所述导入段和所述导出段连通，“八”字形的小头端朝向所述导出段。5.根据权利要求3所述的激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述导入段直径为1
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5mm，所述导出段直径为2
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7mm。6.根据权利要求3所述的激光
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等离子复合切割喷嘴，其特征在于，所述通气道的外侧到其内侧的距离为所述导入段直径的1.4
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1.6倍，所述通气道的宽度为所述导入段直径的0.3
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2倍；优选地，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈斯金，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：