本发明专利技术涉及用于产生液体射流（５）的一种方法和一种装置，所述液体射流适合于以波导形式导引耦合在该液体射流中的激光束以对工件（３）进行加工。所述装置具有用于产生所述液体射流（５）的液体喷嘴（１）和远离该液体喷嘴（１）布置的排气喷嘴（２３），该排气喷嘴（２３）形成在外侧将所述液体射流（５）包围的气流（３５）。在所述液体喷嘴（１）和排气喷嘴（２３）之间形成积气室。所述液体射流（５）从所述排气喷嘴（２３）中穿过或者说射过。所述液体射流具有优选为６０微米或者更小的直径，并且所述气流（３５）具有１－２毫米的直径。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于产生液体射流的方法，所述液体射流适合于 以波导形式导引耦合在该液体射流中的激光束以便对工件进行加工， 其中用液体喷嘴产生所述液体射流，并且其中所述液体射流在外侧被 气流所包围。此外，本专利技术还涉及一种用于执行所述方法的装置以及 一种用于一种这样的方法的液体喷嘴。
技术介绍
在过去数年里在许多领域已开始通过激光束进行材料加工。其中 一种在技术上进一步开发出来的方案就是用水射流导引的激光进行切割(EP 0 762 947 Bl， WO 99/56907 )。所述激光束被耦合到细微的水 射流中，用于由此导向材料加工点。因为所述水射流以光学波导的形 式导引激光束，所以射束能量在一个较大的长度上集中在由所述水射 流预先给定的横截面上。所述水射流的相干长度越大，也就是说所述 水射流分解成小水滴的时间越迟，那么所述装置的工作间距的可变性 就越大。在JP 2000-334590中，同样对一种用于水射流导引的激光加工的 装置进行了说明。在此提出，用气体射流(比如氮气、氩气、氧气或 空气)包围所述水射流，方法是所述水射流喷嘴被一个用于所述气 体的环形喷嘴所包围。另一种广泛使用的替代所述激光加工的方案是水射流切割。在 此，用非常细小的直径明显低于1毫米的喷嘴产生水射流，利用这种 水射流的动能就可以对工件进行加工。在此，由DE 101 13 475 Al已 知，在具有受控制的气氛的工作室中使用水射流，以此可以提高所述 水射流的相干长度。所述工作室比如设有负压或者加载一种扫气气 体，该扫气气体的密度小于空气的密度(尤其氢气、氦气或甲烷)。 该扫气气体从布置在所述水射流喷嘴后面的小室大面积地涌到所述工 件上。而在US-A 4,047 ，580中所说明的工艺则基于完全不同的构思。该专利文献涉及一种用于用大的高速水射流对地层进行钻挖、穿透或粉 碎的方法。为了使所述水射流也可以在液体中(比如在水下面)穿透 较大的距离，用气体射流将水射流包围，该气体射流具有至少一半的 声速。为产生射流使用同心的双喷嘴。所述水射流来自圆形的内喷嘴， 而所述气体射流则来自环形的外喷嘴。所述气体射流在一定程度上在 有水奔流的工作区域中提供了一个自由空间，使得所述工作水射流不 会在水容积中变成涡流而是可以在"水下气体通道，，中传输。迄今公开的用于延长水射流的相干长度的方法要么不适用于水射 流导引的激光工艺，要么也就是在使用细小的液体射流时没有带来任 何实用的结果。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种属于开头所述
的方法，该方法 即使在使用非常细小的液体射流的情况下也能够使所述液体射流的射 流长度具有足够大的、尤其与现有技术相比得到改进的相干性。此夕卜， 本专利技术的任务是说明一种用于实施该方法的装置。按照本专利技术，所述解决方案在于，远离所述液体喷嘴布置的、形 成所述气流的排气喷嘴从所述液体射流中穿过。所述液体射流不碰到 该排气喷嘴，而是在自由飞行中从该排气喷嘴中射过。液体喷嘴和排气喷嘴因而在Z-轴(射流轴线)上不是处于相同的 位置上(就象在开头所提到的JP 2000-334590中一样)，而是在Z-方 向上彼此错位。首先，所述液体喷嘴形成(优选非常细小的)液体射 流并且而后所述排气喷嘴形成所述气流。这种布置方式可以根据流动 技术的要求理想地构造所述排气喷嘴，以产生良好的气体射流。与所述按JP 2000-334590的"集成式"装置所不同的是，不必围绕着液体 喷嘴来设计排气口 (并且因此不必考虑到液体喷嘴的情况)。相对于 所述"集成式"装置的另一项优点在于，所述液体喷嘴可以构造为可 以更换的。这就是说，所述(在技术上困难的并且因此容易受损的) 液体喷嘴可以替换，而不必同时替换所述排气喷嘴。所述按本专利技术的排气喷嘴在典型的情况下由 一个横截面为圆形的 通路构成。水射流基本上从该通路的中心处射出。所述气体射流紧靠 着所述液体射流形成。因此，在所述中心的液体射流和所述气体射流 的出口或者说气体射流产生地点之间不存在任何间壁，这就象比如在开头所引用的JP 2000-334590中一样。因此可以将气流中(尤其在所 述液体射流和气流之间)的不受欢迎的涡流降低到最低限度。在产生射流的喷嘴1后面，每股液体射流就象在图1中所示出的 一样具有一个稳定射流长度&。具有长度^的区域紧接在这个稳定(相干)区域上，在这具有长度/^的区域中所述射流外层开始收缩。这个 "收缩区域，，称为过渡区域。在该过渡区域之后，射流分解成单个的 液滴，这些液滴在下落长度/户上变为稍微削平的近似于球形的液滴。 所述稳定射流长度^在射流自由流出时比在射流冲击到工件表面上进 行材料加工时长。如果用"磨蚀性，，高压-液体射流进行材料加工，那么还可以在所 述过渡区域中必要时也用一种分解式的液体射流进行工作。但如果将 所述液体射流用作射束导体，在该射束导体中比如耦合一种激光束的 射束，用于就象比如在WO 95/32834和WO 99/56907中所描述的一样 得到"冷切割"或者说"冷的"材料剥蚀，那么所述耦合在液体射流 中的射束开始在过渡区域中在侧面从液体射流中流出。这种早已流出 的射流对材料加工来说已经失去。在进行传统的激光加工时，激光束聚焦于有待加工的工件表面 上。在进行这种激光加工时，焦点必须在深度方面(也就是说在z-轴 方向上)跟踪一个表面轮廓。与此相反，在使用所述耦合到液体射流 中的激光束时，如果轮廓差别小于所述稳定射流长度& (减去喷嘴尺 寸)，就省去对这里的喷嘴进行的这种深度方面的调整。因此，为了 用一种耦合在液体射流中的激光束进行理想的材料加工，应该实现尽 可能大的稳定液体射流长度。为了实现具有尽可能长的稳定射流长度&的液体射流，这种液体 射流用作用于激光束的射束导体，与现有技术相反，首先产生具有已 耦合的激光束的液体射流，并且而后使这种液体射流穿过所述排气喷 嘴。所述排气喷嘴形成将所述液体射流包围的气体射流。在典型情况 下(但并非强制性地)所述液体射流的射流轴线(除公差以外)与所 述排气喷嘴的喷嘴轴线重合。在所述产生液体射流的喷嘴和所述排气 喷嘴之间，在一定程度上形成一个用于所述气体的积气室。这里喷嘴 具有约束从第一区域(这里是指从处于液体射流喷嘴和排气喷嘴之间 的区域)穿过所述喷嘴(这里是指所述排气喷嘴)流进第二区域(这里是在排气喷嘴和材料表面之间的区域)中的流体的性质。在用在液体射流中导引的激光束进行材料加工时(比如Nd:YAG-激光器的具有1.06微米的波长的射束)，所述液体射流典型地具有处 于20微米到200微米之间范围内的直径。所述排气喷嘴则具有典型地 处于0.5毫米到2毫米之间的直径。作为标准值应该适用这一点所述排气喷嘴的喷嘴通道的直径应该比如十倍到二十倍于所述液体喷嘴的 通道的直径。不过，这不是本专利技术的强制性的尺寸规定。优选如此安致性方面的公差，使得^述液体射流应^以± 200微米的公差从所述排气喷嘴的中间穿过。与现有技术相反实现了长而稳定的射流长度，如果就象上面所解 释的一样首先形成具有已耦合的激光束的液体射流，并且只有在经过 一个预先确定的行程之后(也就是说关于所述液体喷嘴在下游)才输 送所述进气。按现有技术，总是就在形成所述液体射本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于产生液体射流（５）的方法，所述液体射流适用于以波导形式导引耦合在该液体射流中的激光束（１０）以对工件（３）进行加工，其中用液体喷嘴（１）产生所述液体射流（５）并且其中所述液体射流（５）在外侧被气流（３５）所包围，其特征在于，所述液体射流（５）从远离所述液体喷嘴（１）布置的、形成所述气流（３５）的排气喷嘴（２３、７９）中穿过。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B里彻查根，A斯皮格尔，
申请(专利权)人：辛诺瓦有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]
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