CN101733551A - 一种自聚焦激光焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自聚焦激光焊接装置，属于激光技术领域，尤其是涉及激光焊接领域。一种自聚焦激光焊接装置。该装置中的激光聚焦不需要传统的聚焦透镜或透镜组，而是利用强激光在高非线性介质中的自聚焦效应，实现激光的聚焦。解决的技术问题是目前用来激光聚焦的透镜或者透镜组的成本较高，灵活性不够，而且由于热透镜效应，聚焦焦点容易漂移等问题。其特征为：由激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作台5构成。激光器发出的强激光经过镀高反射膜的反光板调节光束垂直照射到激光自聚焦管的入射窗口上，进入到激光自聚焦玻璃管，入射到管中高非线性系数的液体中，由于液体的高非线性效应，当激光强度在一定的阈值之上时，激光发生自聚焦，从出射窗口射出；本装置适合于激光焊接及其应用。
Description
技术领域
本发明提供了一种自聚焦激光焊接装置，属于激光技术领域，尤其是涉及激光焊接领域。
背景技术
激光焊接以焊接速度快、热影响区小、焊缝组织细化、焊接变形小以及适应性强等优点，能很好地满足汽车工业的要求，近年来得到了越来越广泛的应用，并且具有焊接速度快，深宽比大，焊缝处的热应变值较低，热影响区小等特点；同时通过激光束的聚焦给工件边缘提供焊接需要的高能量，聚焦点的直径可以达到零点几毫米，保留了材料的原有成形性能，可实现一体成形。但是其激光聚焦主要采用透镜或透镜组实现激光的聚焦。在高强度脉冲激光照射下，聚焦透镜容易损坏且焦点光斑较大；并且透镜组的成本较高，灵活性不够，而且由于热透镜效应，聚焦焦点容易漂移。
利用强激光在高非线性介质中的自聚焦效应，采用高非线性系数的克尔介质作为强激光的聚焦介质实现强激光的自聚焦，相比聚焦透镜或透镜组，具有成本低，聚焦光斑小，且焦点位置稳定的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自聚焦激光焊接装置。该装置的激光聚焦不需要传统的聚焦透镜或透镜组，而是利用强激光在高非线性介质中的自聚焦效应，实现激光的聚焦。该装置具有结构简单、运转稳定、焦距可调和焦斑直径极细等特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明包括激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作台5。
所述的激光器为高功率激光器，可以是Nd:YAG、二氧化碳激光器或者钛宝石激光器；用于提供高功率激光。
所述的全反射板是镀高反射膜的反光板，用来调节光路，控制激光方向。
所述的工字型支架为一体成型的刚性工件，它与全反射板和激光自聚焦管刚性连接，用来控制光路；当转动反光板来调节光路方向时，保持光束总是严格垂直照射激光自聚焦管。
所述的激光自聚焦管为玻璃管，其壁厚度为1～2mm，管壁外径为1～3cm，管长为1～5cm的透明玻璃管，石英入射窗和出射窗与玻璃管两端用高性能胶水粘牢、密封；自聚焦玻璃管中充满高非线性系数的液体为CS2液体或者CCl4液体。
所述的工作台是采用耐高温的材质做成，用来放置被焊接的物体。
本发明的工作原理是：强激光从激光器中出射，经过全反射板调节光路并反射，反射光垂直照射到激光自聚焦管中，当激光入射到高非线性系数的液体中时，由于液体的高非线性效应，当激光功率密度在一定的阈值之上时，产生克尔效应，激光发生自聚焦，从激光自聚焦管的出射窗口射出；焦距可由注满高非线性系数液体的自聚焦玻璃管长度确定。
附图说明
图1是一种自聚焦激光焊接装置；
图2是激光自聚焦管示意图。
1-激光器，2-全反射板，3-工字型支架，4-激光自聚焦玻璃管，5-工作台；41-激光自聚焦玻璃管的透明石英窗，42-激光自聚焦玻璃管身，43-高非线性系数液体。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种自聚焦激光焊接装置，其构造为：激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作台5。激光器为Nd:YAG脉冲激光器，发出的激光波长为1062nm，全反射板为镀银高反射玻璃板，反射率为99.99％，工字型支架为钢质，宽度为3cm，厚度为5mm；激光自聚焦管的石英入射窗的厚度为2mm，直径为2cm；玻璃管的直径为2cm，管壁厚度为1mm，管长为2cm；玻璃管中注入液态CS2，其线性折射率为和非线性系数分别为
n0＝1.62，n2＝1.3×10-11esu。此时CS2的折射率满足方程(1)，
n＝n0+n2|A|2 (1)
其中A为入射激光的振幅，它与激光强度的关系为I＝|A|2。可以看出，CS2的折射率随着激光功率密度的增大而增大，当激光功率密度达到或超过阈值功率密度100KW/cm2时，可以实现激光光束的自聚焦，激光聚焦后的功率密度最高可以达到400KW/cm2。
Claims (4)
1.一种自聚焦激光焊接装置。该装置中的激光聚焦不需要传统的聚焦透镜或透镜组，而是利用强激光在高非线性介质中的自聚焦效应，实现激光的聚焦。解决的技术问题是目前用来激光聚焦的透镜或者透镜组的成本较高，灵活性不够，而且由于热透镜效应，聚焦焦点容易漂移等问题。其特征为：由激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦玻璃管4和工作台5构成。激光器发出的强激光经过镀高反射膜的反光板调节光束垂直照射到激光自聚焦管的入射窗口上，进入到激光自聚焦玻璃管，入射到管中高非线性系数的液体中，由于液体的高非线性效应，当激光强度在一定的阈值之上时，激光发生自聚焦，从出射窗口射出；本装置适合于激光焊接及其应用。
2.根据权利要求1所述的一种自聚焦激光焊接装置，其特征在于：激光自聚焦玻璃管4中注满CS2或者CCl4或者其它高非线性系数液体。
3.根据权利要求1所述的一种自聚焦激光焊接装置，其特征在于：激光自聚焦玻璃管4的石英入射窗的厚度为1～4mm，直径为1～3cm；玻璃管的直径为1～3cm，管壁厚度为1～3mm，管长为1～5cm。
4.根据权利要求1所述的一种自聚焦激光焊接装置，其特征在于：工字型支架3为一体成型的刚性工件，它与全反射板和激光自聚焦管刚性连接，用来控制光路；当转动反光板来调节光路方向时，保持光束总是严格垂直照射激光自聚焦管。工件的宽度为2～4cm，厚度为4～8mm。
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2009
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