技術領域

本實用新型涉及一種在激光材料加工過程中保護光學系統及元件不受飛濺、煙霧、金屬蒸汽等污染的橫向氣簾裝置，屬于激光材料加工技術領域。?

背景技術

激光是先進的、新型的、綠色型熱源，由于其較高的能量密度、精確的熱輸入量控制、較小的熱影響區、較快的加工速度、幾乎無限制的可達性等優于傳統熱源的特點越來越多的用于材料加工領域。在激光材料加工過程中，激光與被加工的材料之間形成了了相互作用區，發生了復雜的物理、化學變化。其中材料部分吸收(由于材料對激光的吸收率較低)激光輻照的能量，不僅發生了材料內部的溫升，而且在相互作用區由于溫度的迅速升高材料表面發生了強烈的汽化，出現了煙霧，甚至發生了飛濺。特別是激光焊接過程中，在相互作用區產生了蒸發溝槽、出現了等離子體等復雜的現象。焊接過程中蒸發溝槽和等離子體的穩定、連續是評價焊接過程穩定性的重要指標。這些金屬蒸汽、煙霧和飛濺會污染和損壞光學系統元件。光學元件污染會造成光學系統發熱、聚焦不良，甚至影響激光材料加工的效果。光學原件的頻繁更換會嚴重影響加工的效率。大量的飛濺還會造成光學元件的直接破裂。?

目前激光加工過程中使用的氣簾為噴射腔體是拉伐爾曲線的激光焊接橫向氣簾保護裝置。噴射腔的結構由收縮段、喉部、初始膨脹段和平行出口段組成。在喉部氣流速度達到聲速，隨后在擴張段，氣流膨脹減壓加速并形成超音速氣流。超音速氣流為具有一定寬度的薄層氣流，由于氣流速度快，能夠迅速、有效地將在激光材料加工過程中產生的蒸汽、煙霧和飛濺吹除(主要是飛濺)，實現對光學元件的有效保護。另外在薄層超音速氣流的下部會形成負壓氣流通道，保護焊接區周圍空氣不受擾動。?

上述噴射腔為拉伐爾曲線的激光焊接橫向氣簾保護裝置在CO₂?激光為主要光源進行材料加工的過程中起到了保護光學元件和系統的作用。隨著激光技術的發展，新型的、短波長的、高功率的光源如半導體泵浦的Disk激光器、光纖激光器、半導體激光器等不斷涌現，提高了激光與物質作用的效率，也改變了激光與物質作用的規律，激光在與材料相互作用時不再產生等離子體，而是高亮度的“火團”，產生了更多的飛濺和煙霧，對于短焦距的半導體激光器來說，氣流下方的負壓通道距離相互作用區較近，會對焊接熔池附近產生一定的影響。在這種情況下以拉伐爾曲線為基礎的保護氣簾已經不能滿足快速發展的激光以及激光材料加工技術的需求，通過重新考量其中的物理、化學現象，設計了文丘里型噴管結構噴嘴，借用其在氣流上方產生的吸附作用實現對光學系統的保護。該保護裝置不僅適用于半導體激光器，也適用高光束質量的半導體泵浦的Disk激光器和光纖激光器。?

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于提供一種激光材料加工用亞音速橫向氣簾保護裝置，這種橫向氣簾裝置不僅能有效地吹除激光焊接過程中產生的金屬蒸汽、飛濺和煙霧，保證光學系統元件不受污染或少受污染，而且在短焦距的情況下，不會對焊接熔池產生影響。?

本實用新型的氣簾裝置，按照圖-圖的技術方案實施。?

一種激光材料加工用亞音速橫向氣簾裝置，包括有噴射腔體和氣簾蓋板，其特征在于：噴射腔體的內腔為平直腔，即其內底面和頂面均為平面；噴射腔體由上方的氣簾上蓋、下方氣簾下蓋以及一側的襯墊圍成一側封閉，靠近襯墊一側開放的腔體。?

襯墊為依次由第一端段、中心段和第二端段組成C形塊體。中心段上、下底面與上方的氣簾上蓋、下方氣簾下蓋存在上底面端距和下底面端距。?

噴射腔體內腔設計符合文丘里噴管設計原理。?

平直的氣簾上、下蓋由于上底面端距和下底面端距的存在與襯墊之間分別形成窄縫狀的上、下喉道。?

由于襯墊的特殊結構設計，平直的上、下蓋板分別與襯墊的上、下端口形成間隙較小的上、下喉道，喉道之外為開放的區域，是氣簾的擴展段。上底面端距大于下底面端距。?

進一步，上底面端距為0.1-0.5mm之間，和下底面端距在0.05-0.3mm之間。?

一般上喉道的端距大于下喉道的端距，端距越大，縫隙寬度越大，噴出氣流的流量越多。上喉道的端距一般為0.1-0.5mm之間，下喉道的端距一般在0.05-0.3mm之間，上/下喉道噴射的氣流分別作為主/輔氣流對光學系統進行保護。?

進一步，襯墊中心段的高度在8-15mm之間。?

上/下喉道噴射的氣流分別作為主/輔氣流對光學系統進行保護。?