CN105499794A

CN105499794A - 一种采用激光双光束光路系统的焊接装置

Info

Publication number: CN105499794A
Application number: CN201410540890.5A
Authority: CN
Inventors: 刘鑫
Original assignee: Weihai Tuoda Gaoke Ship Technology Co Ltd
Current assignee: Weihai Tuoda Gaoke Ship Technology Co Ltd
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明提供了一种采用激光双光束光路系统的焊接装置。本发明通过分光镜片将一束高功率激光分为两束，经光路系统聚焦成两个高能量的焦点；两焦点的距离、角度可以调整，能适应各种角度型接头的高效、高精度焊接，该焊接装置也可用在激光切割、热处理等激光加工工艺上。本发明用于接头两侧焊缝的对称、同步、均匀焊接，大大提高了工件的焊接效率和质量。由于整个光路系统封闭在主体和盖板内，有效地保护了光学镜片和气、水管路。焊接装置还具有调整灵活、结构紧凑、操作简便等特点。⑴本发明采用半透半反的圆偏振分光镜完成分光工作。⑵本发明采用抛物面反射镜聚焦方式聚焦。⑶连接装置用于将双光束激光焊接头同焊接机床的主轴连接在一起。⑷本焊接装置的每个镜片均有冷却措施，特别是半透半反分光镜，除采用水冷却外，还设计了气吹冷却装置。

Description

一种采用激光双光束光路系统的焊接装置

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种采用激光双光束光路系统的焊接装置。

背景技术

激光焊接越来越广泛地应用在航空航天、汽车工业等领域。现有的激光焊接装置基本上都是单光束光路系统，即在焊接加工时，激光只有一条光路并聚焦成一个焦点。飞机前翼、尾翼以及汽车的许多部件中存在着大量型筋板、型接头等结构，需要在工件两侧采用相同的焊接方式进行焊接。如果采用单光束光路系统，需要先焊接型接头的一侧，然后再焊接另一侧，由于焊接热源不对称，很容易产生焊接变形等缺陷。该问题的一个解决方案是：使用两台激光器提供双光束，由两套单光束光路系统将激光束聚焦成两个焦点，对焊缝的两边同步进行焊接。该方案中，两束激光来源于不同的激光器且传输光路系统也不相同，两束激光的模式有一定的差异。此外，很难保证两激光器光闸开闭完全同步，因而影响了接头焊接精度的进一步提高。

发明内容

为了克服上述状况的不足，本发明提供了一种采用激光双光束光路系统的焊接装置。本发明通过分光镜片将一束高功率激光分为两束，经光路系统聚焦成两个高能量的焦点；两焦点的距离、角度可以调整，能适应各种角度型接头的高效、高精度焊接，该焊接装置也可用在激光切割、热处理等激光加工工艺上。本发明用于接头两侧焊缝的对称、同步、均匀焊接，大大提高了工件的焊接效率和质量。由于整个光路系统封闭在主体和盖板内，有效地保护了光学镜片和气、水管路。焊接装置还具有调整灵活、结构紧凑、操作简便等特点。一束激光进入焊接装置后，经过半透半反镜片分为两路，一路反射向左，一路透过向下，左光束由平面反射镜向下反射，然后由圆柱斜面反射镜反射出来（垂直于纸面方向），再由抛物面反射聚焦镜反射聚焦到一点。下光束由平面反射镜反射向右，然后由圆柱斜面反射镜反射出来（垂直于纸面方向），再由抛物面反射聚焦镜反射聚焦到一点，两焦点距离为筋板厚度。因此，左右焦点需要能左右平移，以适应不同厚度的筋板。抛物面反射聚焦镜绕中心轴旋转，可得到不同入射角度的光斑，从而适应不同角度角焊缝的焊接。此外，为了对焦方便，左焦点能够上下调整。

1、本发明采用半透半反的圆偏振分光镜完成分光工作。高功率激光束的分光方式一般有两种：屋脊镜分光和半透半反镜分光。采用屋脊镜分光时，往往需要对激光束进行扩束处理，还需要一套扩束镜片和装置，增加了成本。而且，屋脊镜将一束圆形光束分成了两个半圆光束，使焦点模式发生变化，影响焊接质量。

2、本发明采用抛物面反射镜聚焦方式聚焦。其他光学部件主要完成激光束反射和传输，可根据结构需要，分别采用平面反射镜或圆柱斜面反射镜。激光聚焦方式有：透镜聚焦、球面镜反射聚焦、抛物面反射镜聚焦等。激光束功率较高时，采用透镜聚焦方式易产生热透镜效应，造成焦点位置变化，影响焊接质量。激光功率过大时，透镜还有遭光学破坏的危险，该聚焦方式只适用于激光切割、较低功率的焊接和热处理。球面镜反射聚焦结构比较简单，但其较大的球差影响了聚焦效果，该聚焦方式只适用于焦点光斑较大且对光斑形状要求较为宽松的场合。抛物面反射镜聚焦方式可以消除球差影响，得到高质量的光斑，适用于要求较高、功率大的激光焊接和热处理场合。此外，抛物面反射聚焦镜绕中心轴旋转，可得到不同入射角度的光斑，从而适应不同角度角焊缝的焊接。

3、连接装置用于将双光束激光焊接头同焊接机床的主轴连接在一起。由于有些分光镜片对激光的偏振方向敏感，本焊接装置可通过松开螺钉，使焊接头绕主轴中心旋转一定角度，以适应不同偏振方向激光的分光。

4、本焊接装置的每个镜片均有冷却措施，特别是半透半反分光镜，除采用水冷却外，还设计了气吹冷却装置。激光系统的冷却非常重要，发热引起的热透镜效应会直接导致焊接失败。因此，焊接装置还设计了辅助气体侧吹装置，目的是减少激光等离子体对激光束的吸收，以提高材料对激光的吸收率，增加焊接熔深。侧吹管由紫铜制造，侧吹角度可以调整。本发明所提供的焊接装置附有横向气帘、辅助气体侧吹装置；焊接系统的分光镜、反射镜、聚焦镜等光学器件均有相应冷却措施。

激光光路系统及焊接装置是激光焊接设备的重要组成部分，本发明已在一台三轴激光焊接切割机上应用，并取得预期效果上进行了实验，达到预定的技术要求。

Claims

1.一种采用激光双光束光路系统的焊接装置,其特征是通过分光镜片将一束高功率激光分为两束，经光路系统聚焦成两个高能量的焦点；两焦点的距离、角度可以调整，能适应各种角度型接头的高效、高精度焊接，该焊接装置也可用在激光切割、热处理等激光加工工艺上。

2.本发明采用半透半反的圆偏振分光镜完成分光工作。

3.本发明采用抛物面反射镜聚焦方式聚焦。

4.连接装置用于将双光束激光焊接头同焊接机床的主轴连接在一起。

5.本焊接装置的每个镜片均有冷却措施，特别是半透半反分光镜，除采用水冷却外，还设计了气吹冷却装置。