一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统及方法与流程

本发明涉及激光切割头冷却，尤其涉及一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统及方法。

背景技术：

1、激光切割机是利用激光光束来切割工件，其主要原理是利用激光的能量以光的形式集中成一条高密度的光束，光束传递到工件表面，产生足够的能量，使材料熔化，以达到切割和雕刻的目的，近年来，激光切割在制造业上得到广泛应用。

2、激光切割头是激光切割机的重要组成部分，目前市场上的激光切割头主要集中在中、小功率，激光切割头的功率越大，相应的能切割的金属板材的厚度就越大，因此，市场上对大功率的激光切割头的需求越来越大，然而激光切割头的功率越大，激光切割头内的镜片的发热也就也严重，在实际生产加工中切割较厚的碳钢及铜、铝等高反材料时；切割头喷嘴、陶瓷环、板材及传感器温度会逐步升高；当板材、喷嘴温度过高时会烧坏切割头陶瓷环，影响切割头的正常工作。

3、因此在激光切割头中，高效的冷却系统是不可或缺的，然而现有的针对激光切割头的冷却系统尚存在以下缺陷：

4、1、冷却方式单一，作用范围较小，只能适应中低功率的激光切割工作；

5、2、冷却管路在设计时不够合理，没有有效结合流体和固体中的传热(即共轭传热效应)，导致冷却系统的换热效率较低。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有激光切割头的冷却系统冷却方式单一，作用范围较小，只能适应中低功率的激光切割工作，且冷却管路在设计时不够合理，没有有效结合流体和固体中的传热，导致冷却系统的换热效率较低，提出了本发明。

3、因此，本发明的其中一个目的是提供一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统及方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，包括光纤接头、水平调节装置、调焦装置、保护镜装置及切割头，所述光纤接头、水平调节装置、调焦装置、保护镜装置及切割头从上到下顺次连接，轴向中心位于同一轴线上，所述保护镜装置与切割头间设置有具有气冷与水冷作用有机结合的冷却件，所述冷却件包括沿保护镜装置内部一侧设置的水冷组件，所述水冷组件的作用部位延伸至切割头处，并于切割头处回流形成循环，所述冷却件还包括始于保护镜装置前端并延伸到切割头处的气冷组件，所述气冷组件流道呈与激光发射路径贴合的聚拢形态，所述气冷组件与切割头的连接处设置有与激光发射路径轴线对齐的连接头，所述切割头上套设有陶瓷环，所述保护镜装置内开设有循环腔，所述循环腔一端与水冷组件连通，另一端与陶瓷环紧密接触。

5、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述水冷组件包括进水接头、进水歧管、出水接头及出水歧管，所述保护镜装置尾端一侧固定有进水接头，另一侧固定有出水接头，保护镜装置内对称地贯穿设置有进水歧管及出水歧管，所述进水歧管与出水歧管均连通至循环腔，所述循环腔呈c形圆环状，所述进水歧管与进水接头连通，所述出水歧管与出水接头连通。

6、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述水冷组件还包括辅助接头及辅助歧管，所述保护镜装置靠近出水接头一侧开设有辅助歧管，所述辅助歧管管路与激光发射路径呈垂直设置，所述辅助歧管外连通有辅助接头。

7、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述气冷组件包括进气接头、进气歧管、出气接头及出气歧管，所述保护镜装置与水冷组件作用端的相对侧开设有进气歧管及出气歧管，所述进气歧管与进气接头连通，所述出气歧管与出气接头连通，所述进气歧管及出气歧管均连接至连接头处，所述连接头上开设有供进气歧管与出气歧管中气体交换的导孔。

8、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述接头呈多级的圆台状，与气冷组件的连接处形成直径逐级增加的圆环状空腔，所述进气歧管连接的空腔直径大于出气歧管连接的空腔。

9、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述气冷组件中通过的气体介质为空调冷气。

10、作为本发明所述高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的一种优选方案，其中：所述陶瓷环呈与循环腔等大的c形，所述陶瓷环的两个端部分别与进水歧管与出气歧管的端部对齐。

11、本高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的有益效果是：

12、1、保护镜装置与切割头作为与加工工件距离最近的部位，在加工过程中长时间处于高温环境下，其中的镜片和传感器等零件容易受到高温损伤，本发明利用水冷与气冷相结合的作用在此处形成了高效率的冷却环境，水冷组件提供了长时效、均衡的散热方式，气冷组件短时效、剧烈的散热方式，合理的运用两者的特点，可以使对于激光发射的散热过程更加合理。

13、2、水冷散热前实现了一定的预降温处理，使得水进入中间段时的温度损耗降低，其能够与发射体间产生的热交换作用更加充足，初始端和结束端可以看做固体传热作用，中间端则为液体传热作用，结合两者中的传导和周围流体(中间端的水流)中的对流进行优化，形成共轭传热效应。

14、本发明的另一个目的是提供一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的应用方法，包括上述的高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，以及以下步骤：

15、1)冷却水从进水接头中导入，沿进水歧管流动到循环腔，并在蓄满循环腔后导流到出水歧管中，并最终从出水接头导出；

16、2)空调冷气从进气接头导入，进入进气歧管，并在连接头处进行富集后导流至出气歧管中，并最终从出气接头导出；

17、3)冷却水从辅助接头导入，蓄集到辅助歧管中，辅助歧管中的水冷效应将激光发射路径周围的冷却缺口补足。

技术特征：

1.一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述水冷组件(601)包括：

3.根据权利要求2所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述水冷组件(601)还包括辅助接头(601e)及辅助歧管(601f)，所述保护镜装置(4)靠近出水接头(601c)一侧开设有辅助歧管(601f)，所述辅助歧管(601f)管路与激光发射路径呈垂直设置，所述辅助歧管(601f)外连通有辅助接头(601e)。

4.根据权利要求1所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述气冷组件(602)包括：

5.根据权利要求4所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述接头(603)呈多级的圆台状，与气冷组件(602)的连接处形成直径逐级增加的圆环状空腔，所述进气歧管(602b)连接的空腔直径大于出气歧管(602d)连接的空腔。

6.根据权利要求4所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述气冷组件(602)中通过的气体介质为空调冷气。

7.根据权利要求5所述的一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统，其特征在于：所述陶瓷环(604)呈与循环腔(605)等大的c形，所述陶瓷环(604)的两个端部分别与进水歧管(601b)与出气歧管(602d)的端部对齐。

8.一种高效率激光-火焰复合切割头冷却系统的应用方法，其特征在于：包括如权利要求1-7任一所述的高效率激光-火焰复合切割头冷却系统；以及以下步骤：

技术总结
本发明涉及激光切割头冷却技术领域，尤其涉及一种高效率激光‑火焰复合切割头冷却系统及方法，包括保护镜装置与切割头间设置有具有气冷与水冷作用有机结合的冷却件，所述冷却件包括沿保护镜装置内部一侧设置的水冷组件，所述水冷组件的作用部位延伸至切割头处，并于切割头处回流形成循环，所述冷却件还包括始于保护镜装置前端并延伸到切割头处的气冷组件；利用水冷与气冷相结合的作用在此处形成了高效率的冷却环境，水冷组件提供了长时效、均衡的散热方式，气冷组件短时效、剧烈的散热方式，合理的运用两者的特点，可以使对于激光发射的散热过程更加合理。

技术研发人员：蒋修青,朱小杰,蒋泽锋
受保护的技术使用者：岗春激光科技（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15