CN103464896B - 一种激光焊接机的光学元件保护装置 - Google Patents

一种激光焊接机的光学元件保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光焊接机的光学元件保护装置，所述光学元件保护装置设置于激光焊接机的焊接头与聚焦物镜之间，所述光学元件保护装置包括喷气通道，其中，所述喷气通道包括依次连接的底面为平面状的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道以及第五通道，其中，所述第一通道、第三通道以及第五通道的顶面为平面状；所述第二通道的顶面为斜面状，按照远离所述第一通道的方向，第二通道的截面逐渐减小；所述第四通道的顶面为斜面状，按照远离所述第三通道的方向，第四通道的截面逐渐增大。本发明提供的光学元件保护装置能够喷射出高速的气体，达到完全吹除焊接过程中产生的飞溅物和焊接烟气。

Description

一种激光焊接机的光学元件保护装置
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，尤其涉及一种激光焊接机的光学元件保护装置。
背景技术
激光焊接是以高功率聚焦激光束为热源，将激光束直接照射到材料表面，通过激光与材料相互作用，使材料熔融并连接，形成优良焊接接头的工艺过程。激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，按其热力学机制又可分为激光热传导焊接和激光深熔焊接(或称激光深穿透焊接)。
激光焊接的应用始于1964年，但早期仅限于用小功率脉冲固体激光器进行薄小零件的焊接。70年代以来，随着千瓦级大功率CO2激光器的出现，激光深熔焊得到了迅速的发展。激光焊接的厚度已从零点几毫米提高到50mm，已应用于汽车、钢铁、航空、原子能、电气电子等重要工业部门。目前在世界各国激光加工的应用领域中，激光焊接的应用仅次于激光切割，约占20.9％。
在激光焊接的过程中，焊接工件表面吸收大量的热量而迅速融化并进一步汽化，并产生大量的飞溅物和焊接烟尘，极易造成对激光焊接机中的聚焦物镜的污染，造成聚焦物镜畸变或破裂，损伤光学系统元件。为了保护光学元件不受污染，在激光焊接机中，如图1所示，通常在焊接头5与聚焦物镜2之间设置有光学元件保护装置4，激光光束1经过聚焦物镜2聚焦后，穿过设置于光学元件保护装置4上的光束通孔41照射到焊接工件3上，对焊接工件3进行焊接；设置于焊接头5上方的光学元件保护装置4包括位于光束通孔41相对两侧的喷气通道42和排气通道43；所述喷气通道42连接有一气体供给装置(附图中未标示出)，通过喷射气体吹除焊接过程产生的飞溅物和焊接烟气，达到保护聚焦物镜的目的。现有的光学元件保护装置4的喷气通道大采用均匀腔体的方式，例如直通道，这种喷气通道结构喷射的气体流速较低，无法完全吹除飞溅物和焊接烟气。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种激光焊接机的光学元件保护装置，该保护装置中包括一个可以提高喷气流速的喷气通道，解决现有技术中无法完全吹除飞溅物和焊接烟气的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光焊接机的光学元件保护装置，所述激光焊接机包括聚焦物镜，激光光束由所述聚焦物镜聚焦后从焊接头照射到焊接工件上对所述焊接工件进行焊接，所述光学元件保护装置设置于焊接头与聚焦物镜之间，所述光学元件保护装置上设置有供激光光束穿过的光速通孔，所述光学元件保护装置包括位于所述光束通孔相对两侧的喷气通道和排气通道，其中，所述喷气通道包括依次连接的底面为平面状且位于同一平面的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道以及第五通道，其中，所述第一通道、第三通道以及第五通道的顶面为平面状，并且第一通道、第三通道和第五通道的高度比范围是4～4.5：1～1.2：2～2.4；所述第二通道的顶面为斜面状，连接第一通道的顶面和第三通道的顶面，按照远离所述第一通道的方向，第二通道的截面逐渐减小；所述第四通道的顶面为斜面状，连接第三通道的顶面和第五通道的顶面，按照远离所述第三通道的方向，第四通道的截面逐渐增大；其中，第一通道、第二通道、第三通道、第四通道以及第五通道的长度比范围是5～6：3～4：1～1.5：2～3：1.5～2。
优选的，所述第一通道、第三通道和第五通道的高度比为4：1：2。
优选的，所述第一通道、第二通道、第三通道、第四通道以及第五通道的长度比为5：3：1：2:1.5。
优选的，所述喷气通道的截面为方形。
优选的，所述激光光束由CO2气体激光器产生。
优选的，所述激光光束由YAG固体激光器产生。
优选的所述激光焊接机还包括一气体供给装置，用于向所述喷气通道输入气体，其中所述气体为压缩后的空气。
本发明的有益效果是，本发明的光学元件保护装置中，喷气通道包括依次连接的的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道以及第五通道，气体从第一通道输入，进入到第二通道后，由于第二通道的界面逐渐减小，气体的流速不断增加，然后进入到第三通道保持恒定的流速，进入第四通道之后，由于第四通道的界面逐渐增大，气体膨胀并再次得到加速，最后从第五通道喷射出，喷射的气体可以得到最佳的气体流速，达到完全吹除飞溅物和焊接烟气的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中设置有光学元件保护装置的激光焊接机的示意图；
图2是本发明实施例中的光学元件保护装置的结构示意图；
图中：1.激光光束，2.聚焦物镜，3、焊接工件，4.光学元件保护装置，41.光束通孔，42.喷气通道，43.排气通道，421.第一通道，422.第二通道，423.第三通道，424.第四通道，425.第五通道，5.焊接头。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，与现有技术相同，本实施例中的光学元件保护装置4设置于焊接头5的上方，位于焊接头5与聚焦物镜2之间，从激光发生装置(附图中未标示出)射出的激光光束1经过聚焦物镜2聚焦后，穿过设置于光学元件保护装置4上的光束通孔41照射到焊接工件3上，对焊接工件3进行焊接；所述光学元件保护装置4包括喷气通道42和排气通道43，位于光束通孔41相对两侧；所述喷气通道42连接有一气体供给装置(附图中未标示出)，通过喷射气体吹除焊接过程产生的飞溅物和焊接烟气，将飞溅物和焊接烟气从排气通道43排出，达到保护聚焦物镜的目的。与现有技术不同的是，如图2所示，本实施例中的喷气通道42包括依次连接的底面为平面状且位于同一平面的第一通道421、第二通道422、第三通道423、第四通道424以及第五通道425，其中，所述第一通道421、第三通道423以及第五通道425的顶面为平面状，并且第一通道421、第三通道423和第五通道425的高度比范围可以是4～4.5：1～1.2：2～2.4，本实施例中，所述第一通道421、第三通道423和第五通道425的高度比为4：1：2；所述第二通道422的顶面为斜面状，连接第一通道421的顶面和第三通道423的顶面，按照远离所述第一通道421的方向，第二通道422的截面逐渐减小；所述第四通道424的顶面为斜面状，连接第三通道423的顶面和第五通道425的顶面，按照远离所述第三通道423的方向，第四通道424的截面逐渐增大；其中，第一通道421、第二通道422、第三通道423、第四通道424以及第五通道425的长度比范围可以是5～6：3～4：1～1.5：2～3：1.5～2，本实施例中，所述第一通道421、第二通道422、第三通道423、第四通道424以及第五通道425的长度比为5：3：1：2:1.5。
在本实施例中，所述喷气通道42的截面为方形。
在本实施例中，所述激光发生装置为CO2气体激光器；在另外的实施例中，所述激光发生装置也可以选择是YAG固体激光器。
在本实施例中，由气体供给装置提供的气体为压缩后的空气。
本实施例提供的的光学元件保护装置中，喷气通道包括依次连接的的第一通道421、第二通道422、第三通道423、第四通道424以及第五通道425，气体从第一通道421输入，进入到第二通道421，由于第二通道422的截面逐渐减小，气体的流速不断增加，然后进入到第三通道423保持恒定的流速，进入第四通道424之后，由于第四通道424的截面逐渐增大，气体膨胀并再次得到加速，最后从第五通道425喷射出；结合本实施例所设定的第一通道421、第二通道422、第三通道423、第四通道424以及第五通道425的长度比例，以及第一通道421、第三通道423以及第五通道425的高度比例，可以得到最佳的气体流速，达到完全吹除飞溅物和焊接烟气的目的。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种激光焊接机的光学元件保护装置，所述激光焊接机包括聚焦物镜(2)，激光光束(1)由所述聚焦物镜(2)聚焦后从焊接头(5)照射到焊接工件(3)上对所述焊接工件(3)进行焊接，所述光学元件保护装置(4)设置于焊接头(5)与聚焦物镜(2)之间，所述光学元件保护装置(4)上设置有供激光光束(1)穿过的光束通孔(41)，所述光学元件保护装置(4)包括位于所述光束通孔(41)相对两侧的喷气通道(42)和排气通道(43)，其特征在于：所述喷气通道(42)包括依次连接的底面为平面状且位于同一平面的第一通道(421)、第二通道(422)、第三通道(423)、第四通道(424)以及第五通道(425)，其中，
所述第一通道(421)、第三通道(423)以及第五通道(425)的顶面为平面状，并且第一通道(421)、第三通道(423)和第五通道(425)的高度比范围是4～4.5：1～1.2：2～2.4；
所述第二通道(422)的顶面为斜面状，连接第一通道(421)的顶面和第三通道(423)的顶面，按照远离所述第一通道(421)的方向，第二通道(422)的截面逐渐减小；
所述第四通道(424)的顶面为斜面状，连接第三通道(423)的顶面和第五通道(425)的顶面，按照远离所述第三通道(423)的方向，第四通道(424)的截面逐渐增大；
其中，第一通道(421)、第二通道(422)、第三通道(423)、第四通道(424)以及第五通道(425)的长度比范围是5～6：3～4：1～1.5：2～3：1.5～2。
2.根据权利要求1所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述第一通道(421)、第三通道(423)和第五通道(425)的高度比为4：1：2。
3.根据权利要求1所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述第一通道 (421)、第二通道(422)、第三通道(423)、第四通道(424)以及第五通道(425)的长度比为5：3：1：2:1.5。
4.根据权利要求1-3任一所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述喷气通道(42)的截面为方形。
5.根据权利要求1所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述激光光束(1)由CO2气体激光器产生。
6.根据权利要求1所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述激光光束(1)由YAG固体激光器产生。
7.根据权利要求1所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述激光焊接机还包括一气体供给装置，用于向所述喷气通道(42)输入气体。
8.根据权利要求7所述的光学元件保护装置，其特征在于，所述气体为压缩后的空气。
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