CN101733552A - 用于激光焊接的装置 - Google Patents

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雷正龙
陶汪
李俐群
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Abstract

用于激光焊接的装置，它涉及一种用于焊接的装置。本发明的目的是为了解决金属材料激光焊接时易产生焊接气孔和采用真空电子束焊接存在X-射线污染及对焊缝结构和尺寸有一定限制的问题。方案一：激光束焊接枪头与第一通孔密闭连接，聚焦透镜与激光束焊接枪头密闭连接；方案二：反射式聚焦激光束焊接枪头与第一通孔密闭连接，平场透镜与反射式聚焦激光束焊接枪头密闭连接，反射式聚焦激光束焊接枪头与设置在真空室外的激光器相对应设置；方案三：激光器与激光束焊接枪头连接，激光束焊接枪头与工作台上下对应设置，激光束焊接枪头固定在焊接机器人的手臂上，焊接机器人设置在真空室内。本发明用于激光焊接。

Description

用于激光焊接的装置
技术领域
本发明涉及一种用于焊接的装置。
背景技术
近年来，随着激光器的工业化程度提高及新型激光器出现，激光焊接技术在航天、飞机、造船等工业领域的应用可行性研究和应用速度快速提高。但是，由于激光焊接过程中不可避免的会产生气孔或者链状气孔，特别是对于厚板或者化学活性很强的金属，如铍、锆等，采用激光焊接时气孔问题更加严重，极大地限制了激光焊接技术在航天、核工业以及国防等对焊缝质量要求较严格的领域的应用。因此，激光焊接气孔成为了限制激光焊接应用的主要技术瓶颈之一。
对激光焊接气孔问题，虽然采用真空电子束焊接可以解决，但是电子束焊接一方面存在X射线污染；另一方面，由于真空室大小和电子束焊枪结构受限，电子束焊接只能进行比较规则焊缝的焊接，且对焊缝结构的尺寸有一定要求。因此，对于复杂构件或者大型结构件的精密焊接，激光焊接技术仍然成为首选方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决金属材料激光焊接时易产生焊接气孔和采用真空电子束焊接存在X射线污染及对焊缝结构和尺寸有一定限制的问题，提出了一种用于激光焊接的装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：方案一：所述装置包括工作台、聚焦透镜、激光束焊接枪头、激光器和至少一个反射镜，所述激光器输出的光经过至少一个反射镜反射至激光束焊接枪头的激光输入口内，所述装置还包括真空室，所述工作台装在真空室内，所述真空室的上壁上设有第一通孔，且第一通孔与工作台对应设置，所述激光束焊接枪头的头部穿过第一通孔设置在真空室内，且所述激光束焊接枪头与第一通孔密闭连接，所述聚焦透镜装在激光束焊接枪头内且聚焦透镜与激光束焊接枪头密闭连接，所述真空室上设有用于抽真空的第二通孔、用于充气或排气的第三通孔和用于取放工件的密闭门；
方案二：所述装置包括工作台、激光器、平场透镜、反射聚焦透镜和反射式聚焦激光束焊接枪头，所述反射式聚焦激光束焊接枪头为直角形状，所述反射聚焦透镜装在反射式聚焦激光束焊接枪头内的90°拐角处的镜托上，所述装置还包括真空室，所述工作台装在真空室内，所述真空室的侧壁上设有第一通孔，且第一通孔的中心轴线与工作台的上台面平行设置，所述反射式聚焦激光束焊接枪头设置在真空室内，所述反射式聚焦激光束焊接枪头的尾部穿过第一通孔设在真空室的外部，且所述反射式聚焦激光束焊接枪头与第一通孔密闭连接，所述平场透镜装在反射式聚焦激光束焊接枪头的激光输入口内且平场透镜与反射式聚焦激光束焊接枪头密闭连接，所述反射式聚焦激光束焊接枪头的激光输入口与设置在真空室外的激光器的激光输出口相对应设置，所述真空室上设有用于抽真空的第二通孔、用于充气或排气的第三通孔和用于取放工件的密闭门。
方案三：所述装置包括工作台、激光束焊接枪头、焊接机器人、操作平台、激光器和光纤，所述装置还包括真空室，所述工作台装在真空室内，所述真空室的侧壁上设有第一通孔，设置在真空室外的激光器通过穿过第一通孔的光纤与激光束焊接枪头连接，第一通孔与光纤密闭连接，所述激光束焊接枪头与工作台上下对应设置，所述激光束焊接枪头固定在焊接机器人的手臂上，所述焊接机器人设置在真空室内，且所述焊接机器人与设置在真空室外的操作平台连接，所述真空室上设有用于抽真空的第二通孔、用于充气或排气的第三通孔和用于取放工件的密闭门。
本发明具有以下有益效果：1.本发明在真空环境下激光焊接，由于在真空环境中，不需要保护气体，可以大大降低或者消除激光焊接气孔的产生；同时又避免了气体等离子体的产生，因此，可以降低等离子体体积和密度，减少激光等离子体对激光能量的损耗，提高激光能量的利用率，从而增加焊缝熔深；2.本发明适合于易产生焊接气孔，如Al合金等或化学活性较强的金属材料，如铍、锆等的焊接；3.本发明与电子束焊接相比，不存在X-射线污染，真空环境可以全部采用透明材料制成，可视性强；真空环境下激光器可以和机器人配套使用，能够进行三维或任意复杂结构焊缝的焊接并对焊缝尺寸基本没有限制。
附图说明
图1是本发明方案一的整体结构示意图，图2是本发明方案二的整体结构示意图，图3是本发明方案三的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置包括工作台2、聚焦透镜3、激光束焊接枪头4、激光器5和至少一个反射镜8，所述激光器5输出的光经过至少一个反射镜8反射至激光束焊接枪头4的激光输入口内，所述装置还包括真空室1，所述工作台2装在真空室1内，所述真空室1的上壁上设有第一通孔1-1，且第一通孔1-1与工作台2对应设置，所述工件6设置在工作台2上，所述激光束焊接枪头4的头部穿过第一通孔1-1设置在真空室1内，且所述激光束焊接枪头4与第一通孔1-1密闭连接，所述聚焦透镜3装在激光束焊接枪头4内且聚焦透镜3与激光束焊接枪头4密闭连接，所述真空室1上设有用于抽真空的第二通孔1-2、用于充气或排气的第三通孔1-3和用于取放工件的密闭门15；使用前通过第二通孔1-2抽真空使真空室1的真空度达到100～0.01Pa范围内时进行真空激光焊接，或向真空室1内通过第三通孔1-3充入焊接保护气体使其在保护气氛下进行焊接(根据焊接工件的焊接特性选择保护气氛)，其可承受的最大气体压力为0.12Mpa，所述激光束焊接枪头4为Precitec公司的用于固体激光、半导体激光、光纤激光的YW52激光焊接头或Precitec公司的用于固体激光、半导体激光、光纤激光的YW50 ZK激光焊接头。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的激光器5为CO2激光器、YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器，其中光纤激光器的型号为IPGYLR-20000或IPGYLR-5000，CO2激光器的型号为DC030，YAG激光器的型号为HL2006D、DP020HX或DS 015HQ，半导体激光器的型号为DL-028Q或DL-031Q。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的装置包括工作台2、激光器5、平场透镜7、反射聚焦透镜12和反射式聚焦激光束焊接枪头13，所述反射式聚焦激光束焊接枪头13为直角形状，所述反射聚焦透镜12装在反射式聚焦激光束焊接枪头13内的90°拐角处的镜托上，所述装置还包括真空室1，所述工作台2装在真空室1内，所述真空室1的侧壁上设有第一通孔1-1，且第一通孔1-1的中心轴线与工作台2的上台面2-1平行设置，所述工件6设置在工作台2的上台面2-1上，所述反射式聚焦激光束焊接枪头13设置在真空室1内，所述反射式聚焦激光束焊接枪头13的尾部穿过第一通孔1-1设在真空室1的外部，且所述反射式聚焦激光束焊接枪头13与第一通孔1-1密闭连接，所述平场透镜7装在反射式聚焦激光束焊接枪头13的激光输入口内且平场透镜7与反射式聚焦激光束焊接枪头13密闭连接，所述反射式聚焦激光束焊接枪头13的尾部与设置在真空室1外的激光器5相对应设置，所述真空室1上设有用于抽真空的第二通孔1-2、用于充气或排气的第三通孔1-3和用于取放工件的密闭门15；使用前通过第二通孔1-2抽真空使真空室1的真空度达到100～0.01Pa范围内时进行真空激光焊接，或在真空室1内通过第三通孔1-3充入充入焊接保护气体使其在保护气氛下进行焊接(根据焊接工件的焊接特性选择保护气氛)，其可承受的最大气体压力为0.12MPa，平场透镜7由硒化锌材料或石英玻璃制成，其中硒化锌材料对10.6um波长高功率CO2激光具有很好的透过率，所述反射式聚焦激光束焊接枪头13为Precitec公司用于CO2激光焊接的SP50 R焊接头。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的激光器5为CO2激光器、YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器，其中光纤激光器的型号为IPGYLR-20000或IPGYLR-5000，CO2激光器的型号为DC030，YAG激光器的型号为HL2006D、DP020HX或DS 015HQ，半导体激光器的型号为DL-028Q或DL-031Q。其他组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的所述装置包括工作台2、激光束焊接枪头4、焊接机器人9、操作平台10、激光器5和光纤11，所述装置还包括真空室1，所述工作台2装在真空室1内，所述真空室1的侧壁上设有第一通孔1-1，设置在真空室1外的激光器5通过穿过第一通孔1-1的光纤11与激光束焊接枪头4连接，第一通孔1-1与光纤11密闭连接，所述激光束焊接枪头4与工作台2上下对应设置，所述激光束焊接枪头4固定在焊接机器人9的手臂上，所述焊接机器人9设置在真空室1内，且所述焊接机器人9与设置在真空室1外的操作平台10连接，所述真空室1上设有用于抽真空的第二通孔1-2、用于充气或排气的第三通孔1-3和用于取放工件的密闭门15；使用前通过第二通孔1-2抽真空使真空室1的真空度达到100～0.01Pa范围内时进行真空激光焊接，或在真空室1内通过第三通孔1-3充入充入焊接保护气体使其在保护气氛下进行焊接(根据焊接工件的焊接特性选择保护气氛)，其可承受的最大气体压力为0.12MPa，平场透镜7由硒化锌材料或石英玻璃制成，其中硒化锌材料对10.6μm波长高功率CO2激光具有很好的透过率，所述激光束焊接枪头4为Precitec公司的用于固体激光、半导体激光、光纤激光的YW52激光焊接头或Precitec公司的用于固体激光、半导体激光、光纤激光的YW50 ZK激光焊接头。
具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的激光器5为YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器。其中光纤激光器的型号为IPGYLR-20000或IPG YLR-5000，YAG激光器的型号为HL2006D、DP020HX或DS 015HQ，半导体激光器的型号为DL-028Q或DL-031Q。其他组成及连接关系与具体实施方式五相同。

Claims (6)

1.一种用于激光焊接的装置，所述装置包括工作台(2)、聚焦透镜(3)、激光束焊接枪头(4)、激光器(5)和至少一个反射镜(8)，所述激光器(5)输出的光经过至少一个反射镜(8)反射至激光束焊接枪头(4)的激光输入口内，其特征在于所述装置还包括真空室(1)，所述工作台(2)装在真空室(1)内，所述真空室(1)的上壁上设有第一通孔(1-1)，且第一通孔(1-1)与工作台(2)对应设置，所述激光束焊接枪头(4)的头部穿过第一通孔(1-1)设置在真空室(1)内，且所述激光束焊接枪头(4)与第一通孔(1-1)密闭连接，所述聚焦透镜(3)装在激光束焊接枪头(4)内且聚焦透镜(3)与激光束焊接枪头(4)密闭连接，所述真空室(1)上设有用于抽真空的第二通孔(1-2)、用于充气或排气的第三通孔(1-3)和用于取放工件的密闭门(15)。
2.根据权利要求1所述用于激光焊接的装置，其特征在于所述激光器(5)为CO2激光器、YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器。
3.一种用于激光焊接的装置，所述装置包括工作台(2)、激光器(5)、平场透镜(7)、反射聚焦透镜(12)和反射式聚焦激光束焊接枪头(13)，所述反射式聚焦激光束焊接枪头(13)为直角形状，所述反射聚焦透镜(12)装在反射式聚焦激光束焊接枪头(13)内的90°拐角处的镜托上，其特征在于所述装置还包括真空室(1)，所述工作台(2)装在真空室(1)内，所述真空室(1)的侧壁上设有第一通孔(1-1)，且第一通孔(1-1)的中心轴线与工作台(2)的上台面(2-1)平行设置，所述反射式聚焦激光束焊接枪头(13)设置在真空室(1)内，所述反射式聚焦激光束焊接枪头(13)的尾部穿过第一通孔(1-1)设在真空室(1)的外部，且所述反射式聚焦激光束焊接枪头(13)与第一通孔(1-1)密闭连接，所述平场透镜(7)装在反射式聚焦激光束焊接枪头(13)的激光输入口内且平场透镜(7)与反射式聚焦激光束焊接枪头(13)密闭连接，所述反射式聚焦激光束焊接枪头(13)的激光输入口与设置在真空室(1)外的激光器(5)的激光输出口相对应设置，所述真空室(1)上设有用于抽真空的第二通孔(1-2)、用于充气或排气的第三通孔(1-3)和用于取放工件的密闭门(15)。
4.根据权利要求3所述用于激光焊接的装置，其特征在于所述激光器(5)为CO2激光器、YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器。
5.一种用于激光焊接的装置，所述装置包括工作台(2)、激光束焊接枪头(4)、焊接机器人(9)、操作平台(10)、激光器(5)和光纤(11)，其特征在于所述装置还包括真空室(1)，所述工作台(2)装在真空室(1)内，所述真空室(1)的侧壁上设有第一通孔(1-1)，设置在真空室(1)外的激光器(5)通过穿过第一通孔(1-1)的光纤(11)与激光束焊接枪头(4)连接，第一通孔(1-1)与光纤(11)密闭连接，所述激光束焊接枪头(4)与工作台(2)上下对应设置，所述激光束焊接枪头(4)固定在焊接机器人(9)的手臂上，所述焊接机器人(9)设置在真空室(1)内，且所述焊接机器人(9)与设置在真空室(1)外的操作平台(10)连接，所述真空室(1)上设有用于抽真空的第二通孔(1-2)、用于充气或排气的第三通孔(1-3)和用于取放工件的密闭门(15)。
6.根据权利要求5所述用于激光焊接的装置，其特征在于所述激光器(5)为YAG激光器、半导体激光器或光纤激光器。
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