CN204524549U - 一种双焦点复合激光焊接加工头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双焦点复合激光焊接加工头，包括光路腔体，所述光路腔体的外壁侧面上设置有激光入射孔，所述光路腔体的底部设置有激光出射孔；所述光路腔体的内部设置有分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和聚焦镜；激光束通过激光入射孔入射到光路腔体内的分束镜上，经分束镜的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束；反射激光束聚焦后通过激光出射孔输出第一光斑在工件的表面；透射激光束聚焦后通过激光出射孔输出第二光斑在工件的表面，第二光斑位于第一光斑的前方。本实用新型通过对一束入射激光束进行空间分束，实现工件表面前后两个聚焦点，焦点连线构成近似线激光的效果，在激光焊接时可以提高焊缝质量。
Description
技术领域
本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种双焦点复合激光焊接加工头。
背景技术
目前，随着商用高功率激光器不断向前发展，光纤激光焊接时功率密度可达到106-108W/cm2，与传统的厚板焊接技术相比，光纤激光焊接具有高速，极小焊后变形等优点。但是高功率光纤激光焊接厚板过程比较复杂，焊接时产生的小孔极不稳定，易产生飞溅、表面塌陷、底部驼峰等焊接缺陷，不仅影响焊缝美观，而且影响了焊缝力学性能。
激光焊接是在空间有限的局部区域连接两块或更多的固体材料，使工件加热熔化，形成熔池，并保持稳定直至凝固。在激光焊接过程中，当激光束照射金属材料时，其能量通过热传导和热辐射的方式传输到工件表面及表面以下的更深处。在激光热源的作用下，材料熔化、蒸发，并穿透工件的厚度方向形成狭长空洞，随着激光焊接的进行，小孔沿被焊工件间的接缝移动，进而形成焊缝。激光焊接的目的是通过激光的辐射和被焊材料对激光能量的吸收产生液态熔池，并使之长大到理想尺寸，然后沿固液界面移动熔池，消除被焊构件间的初始缝隙，形成高质量的焊缝。熔池过大或过小，或者蒸发严重，都将导致焊接的失败。此外，焊缝的最终质量还可能因其他因素的改变而恶化，如合金组分的蒸发，过大的温度梯度(导致热裂纹)，以及焊接熔池体积与几何形状的不稳定(导致气孔和空穴)等。
激光焊接的显著特征是大熔深、窄焊道、小热影响区以及高能量密度。同时，激光焊接也代表着一种在微小区间内材料加热与冷却之间的精细平衡。高功率激光焊接过程中的光致等离子体对激光束有屏蔽作用，焊接熔池上方形成的等离子体气团对激光能量的吸收，降低了焊接熔深、导致激光能量的浪费、影响焊接过程的稳定性、降低焊接质量，因而对激光焊接等离子体进行有效的抑制和调控十分重要。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种双焦点复合激光焊接加工头；该双焦点复合激光焊接加工头通过对入射激光束进行空间分束，实现前后两个聚焦点，可有效提高激光焊接焊缝质量。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种双焦点复合激光焊接加工头，包括光路腔体，所述光路腔体的外壁侧面上设置有激光入射孔，所述光路腔体的底部设置有激光出射孔；
所述光路腔体的内部设置有分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和聚焦镜；分束镜和第一反射镜固定安装在光路腔体的右侧侧壁上，第二反射镜和第三反射镜固定安装在光路腔体的左侧侧壁上；
激光束通过激光入射孔入射到光路腔体内的分束镜上，经分束镜的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束；
反射激光束垂直入射至第一反射镜，经第一反射镜的反射后，水平入射至第三反射镜，经第三反射镜的反射后，垂直入射至聚焦镜，聚焦镜将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第一光斑在工件的表面；
透射激光束水平入射至第二反射镜；经第二反射镜的反射后，垂直入射至聚焦镜，聚焦镜将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第二光斑在工件的表面，第二光斑位于第一光斑的前方。
本实用新型通过对一束入射激光束进行空间分束，实现工件表面前后两个聚焦点，焦点连线构成近似线激光的效果，但双焦点连线的形式比传统的线激光能量更集中(线激光的能量均匀分布在整条线上，双焦点则仅仅集中在线的两个端点)，更符合焊接所需的高能量密度要求，不增加对激光器的额外要求。在焊接过程中，沿着焊接方向，前焦点加热、熔化，后焦点在前焦点的基础上进一步加深熔深(能量足够高时构成小孔焊接效果)，熔池存在时间加长，冶金反应充分，从而提高焊缝质量。
附图说明
图1为本实用新型所述双焦点复合激光焊接加工头的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供了一种双焦点复合激光焊接加工头，包括光路腔体1，所述光路腔体1的外壁侧面上设置有激光入射孔，所述光路腔体1的底部设置有激光出射孔；所述光路腔体1的内部设置有分束镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5和聚焦镜6；其中，分束镜2和第一反射镜3固定安装在光路腔体1的右侧侧壁上，第二反射镜4和第三反射镜5固定安装在光路腔体1的左侧侧壁上。
激光束通过激光入射孔入射到光路腔体1内的分束镜2上，经分束镜2的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束这两束激光；其中分束镜2可以是半透半反镜，也可以按照一定比例分配两个激光束。
反射激光束垂直入射至第一反射镜3，经第一反射镜3的反射后，水平入射至第三反射镜5，经第三反射镜5的反射后，垂直入射至聚焦镜6，聚焦镜6将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第一光斑8在工件7的表面；
透射激光束水平入射至第二反射镜4；经第二反射镜4的反射后，垂直入射至聚焦镜6，聚焦镜6将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第二光斑9在工件7的表面，第二光斑9位于第一光斑8的前方，两者之间有一定间距。聚焦镜6是单个普通平凸聚焦镜或者组合透镜(如f-theta)。
本实用新型所述的双焦点复合激光焊接加工头形成的双聚焦点一前一后，两点构成焦点连线，由于采用单聚焦透镜可以使得双束激光都聚焦在工件表面，实现离焦双点的效果。在焊接过程中，沿着焊接方向，前焦点加热、熔化，后焦点在前焦点的基础上进一步加深熔深(能量足够高时构成小孔焊接效果)，熔池存在时间加长，冶金反应充分，从而提高焊缝质量。
本专利可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，比如在激光束光路的任意合适位置添加扩束准直镜等，这样的常规技术手段改变不认为脱离本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种双焦点复合激光焊接加工头，其特征在于，包括光路腔体(1)，所述光路腔体(1)的外壁侧面上设置有激光入射孔，所述光路腔体(1)的底部设置有激光出射孔；
所述光路腔体(1)的内部设置有分束镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第三反射镜(5)和聚焦镜(6)；分束镜(2)和第一反射镜(3)固定安装在光路腔体(1)的右侧侧壁上，第二反射镜(4)和第三反射镜(5)固定安装在光路腔体(1)的左侧侧壁上；
激光束通过激光入射孔入射到光路腔体(1)内的分束镜(2)上，经分束镜(2)的反射和透射后，形成反射激光束和透射激光束；
反射激光束垂直入射至第一反射镜(3)，经第一反射镜(3)的反射后，水平入射至第三反射镜(5)，经第三反射镜(5)的反射后，垂直入射至聚焦镜(6)，聚焦镜(6)将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第一光斑(8)在工件(7)的表面；
透射激光束水平入射至第二反射镜(4)；经第二反射镜(4)的反射后，垂直入射至聚焦镜(6)，聚焦镜(6)将激光束聚焦后通过激光出射孔输出第二光斑(9)在工件(7)的表面，第二光斑(9)位于第一光斑(8)的前方。
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