CN111360350A - 用于激光真空钎焊的气冷保护镜、真空钎焊焊头及冷却保护方法 - Google Patents

用于激光真空钎焊的气冷保护镜、真空钎焊焊头及冷却保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于激光真空钎焊的气冷保护镜、真空钎焊焊头及冷却保护方法，包括：快拆顶环、O型密封圈、透光玻璃、真空管接头、中间环体、底盖板；快拆顶环与第一个透光玻璃镜片之间，设有第一个O型密封圈；第一个透光玻璃镜片与中间环体之间，设有第二个O型密封圈；快拆顶环与中间环体，通过多个螺钉紧密压合；中间环体与第二个透光玻璃镜片之间，设有第三个O型密封圈；第二个透光玻璃镜片与底盖板之间，设有第四个O型密封圈；底盖板与中间环体，通过多个螺钉紧密压合；中间环体两侧设置有真空管接头，与中间环体腔内相通。本发明提供了一种稳定、可靠散热和保护的用于激光真空钎焊的气冷保护镜。

Description

用于激光真空钎焊的气冷保护镜、真空钎焊焊头及冷却保护 方法
技术领域
本发明涉及真空钎焊技术领域，尤其是涉及一种用于激光真空钎焊的气冷保护镜以及具有气冷保护镜的真空钎焊焊头。
背景技术
真空钎焊是指在真空环境下，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。真空钎焊技术以其优良的焊接特性，在航空航天领域应用越来越广泛。
随着真空钎焊技术的发展，钎焊的热源也越来越多样化，如电子束、激光、等离子、感应加热、加热炉、电弧等。其中激光钎焊具有能量密度大，可焊接高熔点的材料；可局部加热，母材不易受热损伤，热影响区小；容易自动化控制，能够精准控制光束强度和精细定位。
目前激光真空钎焊中通常使用扫描振镜作为“钎焊头”，扫描振镜有着光斑尺寸小，光束响应快，数字定位精准等特点。激光束通过扫描振镜内的两片高速摆动的反射镜，可以实现激光束的平面扫描，通过扫描振镜的场镜后，激光束能量被聚焦在工件上，所以扫描振镜作为激光真空钎焊中关键的部件。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于激光真空钎焊的气冷保护镜以及具有气冷保护进行的真空钎焊焊头，降低保护镜片破碎的风险以及实现可靠的辐射散热。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，包括快拆顶环、O型密封圈、第一透光玻璃镜片、第二透光玻璃镜片、真空管接头、中间环体和底盖板，快拆顶环、第一透光玻璃镜片、间环体、第二透光玻璃镜片以及底盖板从上到下依次设置；
所述快拆顶环与第一透光玻璃镜片之间，设置第一个O型密封圈；
所述第一透光玻璃镜片与所述中间环体之间，设置第二个O型密封圈；
所述快拆顶环与所述中间环体之间压合固定；
所述中间环体与第二透光玻璃镜片之间，设置第三个O型密封圈；
所述第二透光玻璃镜片与所述底盖板之间，设置第四个O型密封圈；
所述底盖板与所述中间环体之间压合固定；
并且，所述真空管接头分别设置在中间环体的两侧，两个真空管接头与中间环体的密封腔体相通，在所述中间环体的密封内腔构成内部气冷通道，在通入冷却空气时通过辐射散热。
优选地，所述快拆顶环与所述中间环体之间以及所述底盖板与所述中间环体之间均通过螺钉压紧固定。
优选地，所述快拆顶环上设有外螺纹，通过螺纹旋紧的方式与场镜相连。
优选地，所述O型密封圈采用硅氟橡胶密封圈。
优选地，所述快拆顶环、中间环体、底盖板的端面分别都设有O型密封圈对应的安装槽口。
优选地，所述第一透光玻璃镜片与第二透光玻璃镜片采用相同的结构尺寸。
优选地，所述快拆顶环、中间环体、底盖板的端面止口均比第一透光玻璃镜片的直径大2mm。
其中，所述气冷保护镜放置在真空环境中使用，提高扫描振镜的扫描加热面积和激光透射率。
优选地，所述快拆顶环、中间环体、底盖板都采用铝合金材料，以利于对透明玻璃镜片的稳固安装以及直接散热。
优选地，所述真空管接头接入真空室外部循环的冷干气体或氩气源。
在本发明的第二方面还提出一种使用前述的气冷保护镜的真空钎焊焊头，还包括激光准直模块、扫描振镜和场镜，其中激光准直模块与扫描振镜的进光口连接，场镜与扫描振镜的出光口连接，气冷保护镜通过螺纹快拧的方式连接在场镜的下方。
在本发明的第三方面还提出一种使用前述的气冷保护镜的真空钎焊焊头的冷却保护方法，包括：
真空箱体外部的无色干冷气体通入中间环体的一个真空管接头，气体流过两个透光玻璃镜片之间的密封腔体内，通过辐射换热直接带走两个透光玻璃镜片表面的热量，然后再通过对侧的真空管接头导出到真空箱体外部，形成流动的循环气冷方式。
目前激光真空钎焊中的扫描振镜多被安装在真空室外，激光束通过真空箱体上的透镜进入真空室实现钎焊。但是扫描振镜安装在真空室外，具有显著的弊端，比如扫描振镜的扫描加热面积受限，激光透射率下降等。现有技术中将扫描振镜放在真空室内工作，但因为扫描振镜机构内包含了诸多镜片，镜片容易被烟尘污染，所以通常在扫描振镜的出光口提供一个保护镜，保护所有的内部镜片不受污染。激光穿过保护镜片时，有一部分热量被镜片吸收，镜片温度迅速升高，而真空环境下，镜片无法通过空气辐射散热，很快镜片就会膨胀爆裂，所以真空环境下使用的保护镜片很难保证其稳定性和可靠性。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、在真空环境中，采用两个保护镜片中间做真空密封。密封腔内再通入无色的气体介质，在介质的作用下，两保护镜片的温度可以辐射传递到气体介质中；
2、与现有技术中水冷装置相比，一般水冷设置在保护镜片安装固定环上，通过镜片将温度传递到镜片边缘，再通过固定环的水冷带走温度。这种方式，冷却水不能直接作用在镜片上，玻璃的导热系数低，且玻璃边缘与金属固定环是非柔性接触，所以温度很难传递到固定环，水冷效果非常有限。而本发明通过引入外部干燥的干冷循环冷却气体，甚至可以是常温气体即可，能够迅速且直接地带走两个透光保护镜之间的温度，从而降低保护镜片破碎的风险和更换成本；
3、由于真空箱空间相对较小，本发明提供了一种镜片快换机制，即使保护镜片长期使用被污染，也不需要在真空室内更换，通过快拆顶环可以把气冷保护镜整体拧下来，然后在外部更换新的镜片，测试好密封性再装进真空箱内。
附图说明
图1为本发明中的用于激光真空钎焊的真空钎焊焊头的结构示意图。
图2为图1中用于激光真空钎焊的气冷保护镜的C向结构示意图。
图中：1激光准直模块；2扫描振镜；3场镜；4气冷保护镜；5比色测温头；6测温头调节机构
7快拆顶环；8O型密封圈；10真空管接头；11中间环体；12底盖板
21第一透光玻璃镜片；22第二透光玻璃镜片
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步描述。
结合图1和图2所示，根据本发明示例性实施例提出一种使用快装和快换保护镜的真空钎焊焊头，保护镜使用真空气冷保护镜，在两个透明玻璃透镜之间形成的真空腔体作为冷却腔体，通过至少一个真空管接头通入冷却气体，进入冷却腔体内对玻璃镜片进行辐射散热，实现对镜片的直接、快速散热，防止镜片破碎受损。
结合图1所示，使用快装和快换保护镜的真空钎焊焊头具有激光准直模块1、扫描振镜2、场镜3、气冷保护镜4、比色测温头5以及测温头调节机构6。激光准直模块1与扫描振镜2的进光口相连，场镜3与扫描振镜2的出光口相连，气冷保护镜4与场镜3通过螺纹快拧的方式相连，如此，实现气冷保护镜4的整体快拆。
结合图1，首先激光束从外部光缆通过激光准直模块1输入到扫描振镜2中，扫描振镜2通过内部的两个反射镜控制光路运动，光路通过场镜3进行聚焦，最后激光束经过气冷保护镜4作用在待焊工件表面，进行真空钎焊。
测温头调节机构6固定在扫描振镜2上，比色测温头5安装在测温头调节机构6上，通过比色测温头5实时测量激光钎焊焦点的温度，实现精准控温。
结合图1、2所示，由于本发明的真空钎焊焊头在真空环境下使用，激光穿过保护镜片时，有一部分热量被镜片吸收，镜片温度迅速升高，而真空环境下，镜片无法通过空气辐射散热，由此通过图2实施例的气冷保护镜实现对扫描振镜机构(扫描振镜、场镜)的保护和散热。如图2示例的气冷保护镜包括快拆顶环7、O型密封圈8、第一透光玻璃镜片21、第二透光玻璃镜片22、真空管接头10、中间环体11和底盖板12。
如图2，快拆顶环7与第一透光玻璃镜片21之间，设置第一个O型密封圈8，第一透光玻璃镜片21与中间环体11之间，设置第二个O型密封圈8；其中，快拆顶环与中间环体之间压合固定，例如在外部通过螺钉压紧固定。
中间环体11与第二透光玻璃镜片22之间，设置第三个O型密封圈；第二透光玻璃镜片22与底盖板12之间，设置第四个O型密封圈。底盖板12与中间环体11之间压合固定，例如在外部通过螺钉压紧固定。
并且，真空管接头分别设置在中间环体的两侧，两个真空管接头与中间环体的密封腔体相通，在中间环体的密封内腔构成内部气冷通道，在通入冷却空气时通过辐射散热。
优选地，快拆顶环7上设有外螺纹，通过螺纹旋紧的方式与场镜3相连，实现一体式快装和快换结构，在安装和更换镜片时可实现快速安装。
优选地，O型密封圈8采用硅氟橡胶密封圈。快拆顶环7、中间环体11、底盖板12的端面分别都设有O型密封圈对应的安装槽口，从而实现紧密密封。
结合图2，中间环体11上成对地至少设置一对真空管接头，其中一个为冷却气体入口，另一个为冷却气体出口。
快拆顶环7、中间环体11、底盖板12的端面止口均比第一透光玻璃镜片的直径大2mm，第一透光玻璃镜片与第二透光玻璃镜片采用相同的结构尺寸，从而利于安装。
如此，结合图1、2所示，在真空钎焊工作过程中，真空箱体外部的干冷气体通入中间环体的一个真空管接头，气体流过两个透光玻璃镜片之间的密封腔体内，通过辐射换热直接带走两个透光玻璃镜片表面的热量，然后再通过对侧的真空管接头导出到真空箱体外部，形成流动的循环气冷方式。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于，包括快拆顶环、O型密封圈、第一透光玻璃镜片、第二透光玻璃镜片、真空管接头、中间环体和底盖板，快拆顶环、第一透光玻璃镜片、间环体、第二透光玻璃镜片以及底盖板从上到下依次设置；
所述快拆顶环与第一透光玻璃镜片之间，设置第一个O型密封圈；
所述第一透光玻璃镜片与所述中间环体之间，设置第二个O型密封圈；
所述快拆顶环与所述中间环体之间压合固定；
所述中间环体与第二透光玻璃镜片之间，设置第三个O型密封圈；
所述第二透光玻璃镜片与所述底盖板之间，设置第四个O型密封圈；
所述底盖板与所述中间环体之间压合固定；
并且，所述真空管接头分别设置在中间环体的两侧，两个真空管接头与中间环体的密封腔体相通，在所述中间环体的密封内腔构成内部气冷通道，在通入冷却空气时通过辐射散热。
2.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述快拆顶环与所述中间环体之间以及所述底盖板与所述中间环体之间均通过螺钉压紧固定。
3.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述快拆顶环上设有外螺纹，通过螺纹旋紧的方式与场镜相连。
4.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述O型密封圈采用硅氟橡胶密封圈。
5.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述快拆顶环、中间环体、底盖板的端面分别都设有O型密封圈对应的安装槽口。
6.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述中间环体上成对地至少设置一对真空管接头，其中一个为冷却气体入口，另一个为冷却气体出口。
7.根据权利要求1所述的用于激光真空钎焊的气冷保护镜，其特征在于：所述快拆顶环、中间环体、底盖板的端面止口均比第一透光玻璃镜片的直径大2mm，所述第一透光玻璃镜片与第二透光玻璃镜片采用相同的结构尺寸。
8.一种使用前述权利要求1-6中任意一项所述的气冷保护镜的真空钎焊焊头，其特征在于，还包括激光准直模块、扫描振镜和场镜，其中激光准直模块与扫描振镜的进光口连接，场镜与扫描振镜的出光口连接，气冷保护镜通过螺纹快拧的方式连接在场镜的下方。
9.一种权利要求7所述的使用气冷保护镜的真空钎焊焊头的冷却保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
真空箱体外部的干冷气体通入中间环体的一个真空管接头，气体流过两个透光玻璃镜片之间的密封腔体内，通过辐射换热直接带走两个透光玻璃镜片表面的热量，然后再通过对侧的真空管接头导出到真空箱体外部，形成流动的循环气冷方式。
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