RU2193956C2 - Apparatus for laser welding - Google Patents
Apparatus for laser welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193956C2 RU2193956C2 RU2000127432A RU2000127432A RU2193956C2 RU 2193956 C2 RU2193956 C2 RU 2193956C2 RU 2000127432 A RU2000127432 A RU 2000127432A RU 2000127432 A RU2000127432 A RU 2000127432A RU 2193956 C2 RU2193956 C2 RU 2193956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- welding
- laser
- diameter
- reflector
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в электронике, приборо- и машиностроении. The invention relates to metallurgy and can be used in electronics, instrument and mechanical engineering.
Известно устройство для нагрева лучом лазера [1]. A device for heating by a laser beam [1].
Известное устройство содержит лазер, делитель лазерного луча, включающего полупрозрачный отражатель и зеркало, а также два объектива для раздельной фокусировки излучения. The known device comprises a laser, a laser beam splitter, including a translucent reflector and a mirror, as well as two lenses for separate focusing of radiation.
Основной недостаток известного устройства состоит в том, что конструкция устройства достаточно сложна в исполнении и в тоже время она не предусматривает симметричного разделения луча для формирования двух пучков одинаковой интенсивности, что не позволяет качественно выполнять двухстороннюю приварку тонких проводников к массивным изделиям. The main disadvantage of the known device is that the design of the device is quite complicated and at the same time it does not provide for a symmetrical beam separation to form two beams of the same intensity, which does not allow for high-quality double-sided welding of thin conductors to massive products.
Известно устройство для обработки объекта лазерным лучом с неравномерным распределением энергии, принятое в качестве прототипа [2]. A device for processing an object with a laser beam with an uneven distribution of energy, adopted as a prototype [2].
Известное устройство содержит лазер и оптическую систему для разделения и фокусировки луча, состоящую из призматического делителя, отклоняющих зеркал и фокусирующего узла. The known device comprises a laser and an optical system for beam separation and focusing, consisting of a prismatic divider, deflecting mirrors and a focusing assembly.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оптическая система представляет собой сложный в конструктивном исполнении механизм, который требует высокой квалификации обслуживающего персонала, что значительно усложняет техпроцесс при сварке тонких проводников. Кроме того, применение известного устройства приводит к деформациям свариваемых изделий и утонению при сварке тонких проводников. The main disadvantage of the known device lies in the fact that the optical system is a complicated structurally designed mechanism that requires highly qualified staff, which greatly complicates the process during welding of thin conductors. In addition, the use of the known device leads to deformation of the welded products and thinning when welding thin conductors.
Целью изобретения является упрощение конструкции устройства для прецизионной сварки тонких проводников или профилей одновременно с двух сторон или с трех сторон (в случае приварки свободного конца со стороны торца к плоской поверхности) при одновременном снижении деформации свариваемых изделий за счет симметричного расположения сварных точек относительно продольной оси проводника (профиля). The aim of the invention is to simplify the design of the device for the precision welding of thin conductors or profiles simultaneously from two sides or from three sides (in the case of welding the free end from the end to a flat surface) while reducing the deformation of the welded products due to the symmetrical arrangement of the welded points relative to the longitudinal axis of the conductor (profile).
Данный технический результат достигается тем, что устройство для лазерной сварки тонких проводников, содержащее лазер и установленные в оптическом канале корпуса зеркальный двухгранный призматический делитель с прямоугольным основанием и отражатель, снабжено фокусирующей линзой, размещенной в оптическом канале корпуса, отражатель выполнен коническим с отверстием на входе с диаметром, равным диаметру лазерного луча, прямоугольное основание призматического делителя имеет длину основания А = DЛ.Л., где DЛ.Л - диаметр лазерного луча.This technical result is achieved in that a device for laser welding of thin conductors containing a laser and a mirrored dihedral prismatic divider with a rectangular base and a reflector installed in the optical channel of the housing is equipped with a focusing lens located in the optical channel of the housing, the reflector is made conical with an opening at the entrance to with a diameter equal to the diameter of the laser beam, the rectangular base of the prismatic divider has a base length A = D L.L. where D L.L is the diameter of the laser beam.
Для достижения заявленного технического результата при сварке проводников с трех сторон (в случае приварки свободного конца проводника) устройство для лазерной сварки тонких проводников, содержащее лазер и установленные в оптическом канале корпуса зеркальный призматический делитель и отражатель, снабжено фокусирующей линзой, размещенной в оптическом канале корпуса, отражатель выполнен коническим с отверстием на входе с диаметром, равным диаметру лазерного луча, а призматический делитель выполнен трехгранным с основанием в форме равностороннего треугольника со стороной А ≈ 0,31• DЛ.Л, где DЛ.Л - диаметр лазерного луча.To achieve the claimed technical result when welding conductors on three sides (in the case of welding the free end of the conductor), a device for laser welding of thin conductors containing a laser and a mirror prismatic divider and reflector installed in the optical channel of the housing is equipped with a focusing lens located in the optical channel of the housing, the reflector is made conical with an inlet opening with a diameter equal to the diameter of the laser beam, and the prismatic divider is made trihedral with a base in the form of an equal side triangle with side A ≈ 0.31 • D L.L , where D L.L is the diameter of the laser beam.
На фиг.1 изображена схема устройства, а на фиг.2 (а-б) - схема расположения сварных точек при сварке с двухгранным (а) и трехгранным (б) призматическим делителем. Figure 1 shows a diagram of the device, and figure 2 (a-b) is a diagram of the location of the welded points in welding with a dihedral (a) and trihedral (b) prismatic divider.
Устройство содержит лазерный излучатель 1, генерирующий лазерный луч, диаметр которого в оптическом канале равен DЛ.Л. Корпус 2 устройства выполнен с оптическим каналом соосным с осью лазерного луча. В оптическом канале корпуса 2 расположены зеркальный призматический делитель 3, конический отражатель 4 с отверстием на входе в отражатель DОТВ = DЛ.Л и фокусирующая линза 5. Углы наклона отражающих поверхностей призматического делителя 3 и отражателя 4 по отношению к вертикальной оси равны 45o.The device contains a laser emitter 1, generating a laser beam, the diameter of which in the optical channel is equal to D L.L. The housing 2 of the device is made with an optical channel coaxial with the axis of the laser beam. In the optical channel of the body 2 are arranged mirror prism splitter 3, a conical reflector 4 with an opening at the inlet to the reflector PTV D = D LL and the focusing lens 5. The angles of inclination of the prismatic reflective surfaces of the reflector 3 and divider 4 with respect to the vertical axis are equal to 45 o .
Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.
На координатный стол (не показан) помещают изделие 7 с зафиксированным на нем проводником (или профилем) 6 и устанавливают его в фокальной плоскости линзы 5 таким образом, чтобы продольная ось проводника 6 совпала с продольной плоскостью симметрии призматического делителя 3. On the coordinate table (not shown) place the product 7 with a conductor (or profile) 6 fixed on it and install it in the focal plane of the lens 5 so that the longitudinal axis of the conductor 6 coincides with the longitudinal plane of symmetry of the prismatic divider 3.
При включении лазерной установки лазерный луч диаметром DЛ.Л направляется в устройство, в котором он преобразуется в четыре луча 8, 9, 10, 11 При этом центральная, наиболее интенсивная часть лазерного луча, попавшая на призматический делитель 3, делится на две равные части 9 и 11, которые отклоняются на поверхность отражателя 4 и, отразившись от него, направляются на линзу 5. Периферийная часть (лучи 8, 10), менее интенсивная, направляется непосредственно из излучателя лазера 1 на фокусирующую линзу 5. Пары лучей 8, 9 и 10, 11 фокусируются линзой 5 раздельно на поверхность проводника 6 и на поверхность массивного изделия 7. Проводник 6 нагревается периферийной частью лазерного луча (лучи 8, 10), а массивное изделие 7 - центральной частью (лучи 9, 11). Этим обеспечивается сбалансированный нагрев свариваемых изделий.When the laser unit is turned on, a laser beam with a diameter of L. L. A is sent to a device in which it is converted into four beams 8, 9, 10, 11. In this case, the central, most intense part of the laser beam that fell on the prismatic divider 3 is divided into two equal parts 9 and 11, which deviate to the surface of the reflector 4 and, reflected from it, are sent to the lens 5. The peripheral part (rays 8, 10), less intense, is sent directly from the laser emitter 1 to the focusing lens 5. The pairs of rays 8, 9 and 10, 11 are focused separately by lens 5 on the surface of the conductor 6 and on the surface of the massive product 7. The conductor 6 is heated by the peripheral part of the laser beam (rays 8, 10), and the massive product 7 is heated by the central part (rays 9, 11). This ensures a balanced heating of the welded products.
Лучи в парах 8, 9 и 10, 11 не перекрываются, что позволяет избежать интерференционных явлений, и распространяются таким образом, что после фокусировка линзой 5 в фокальной плоскости образуется две пары раздельных сварных точек, но в каждой паре точки соприкасаются друг с другом, чем обеспечиваются условия для образования общей ванны расплава и получения качественного сварного соединения. The rays in pairs 8, 9 and 10, 11 do not overlap, which avoids interference phenomena, and propagate in such a way that after focusing with lens 5 in the focal plane, two pairs of separate welded points are formed, but in each pair the points are in contact with each other, which conditions are provided for the formation of a common melt pool and for obtaining a high-quality welded joint.
В результате поверхности изделия 7 и проводника 6 нагреваются и расплавляются с двух сторон с образованием двух сварных точек (фиг.2,а)
Основные конструктивные параметры устройства получены следующим образом. Размер отверстия Dотв на входе в отражатель 4 принят равным диаметру лазерного луча DЛ.Л. Уменьшение размера отверстия Dотв на входе в отражатель приводит к диафрагмированию лазерного луча и неэффективному использованию его мощности, а при увеличении размера Dотв формируется четыре сварные точки, не соприкасающихся друг с другом, что недопустимо для рассматриваемой схемы сварки, т. к приводит к получению некачественного сварного соединения.As a result, the surface of the product 7 and the conductor 6 are heated and melted on both sides with the formation of two weld points (figure 2, a)
The main structural parameters of the device are obtained as follows. Hole size D of holes entering the reflector 4 taken equal to the diameter D of the laser beam LL. Reducing the size of the aperture D of holes entering the reflector causes aperturing the laser beam, and inefficient use of its power, while increasing the size D of holes formed by four welding points not in contact with each other, which is unacceptable for the given welding circuit, t. To affords low-quality welded joint.
Опытным путем установлено, что при заданных параметрах лазерного луча (энергия излучения, длительность импульса, фокусное расстояние) для сварки проводников (или профилей) диаметром от ~ 50 до ~ 300 мкм ширина основания призматического делителя, перекрывающего лазерный луч, должна составлять величину В = (0,4-0,6)- DЛ.Л.It was experimentally established that for given parameters of the laser beam (radiation energy, pulse duration, focal length) for welding conductors (or profiles) with a diameter of ~ 50 to ~ 300 μm, the width of the base of the prismatic divider overlapping the laser beam should be B = ( 0.4-0.6) - D L.L.
Изменение величины В за пределы указанного диапазона приводит к образованию некачественного сварного соединения. С одной стороны, за счет недостаточного нагрева проводника, а с другой - за счет его перегрева и существенного утонения. Changing the value of B outside the specified range leads to the formation of low-quality welded joints. On the one hand, due to insufficient heating of the conductor, and on the other hand, due to its overheating and substantial thinning.
Длина основания А призматического делителя 3 равна диаметру DЛ.Л лазерного луча на входе в устройство, т.к. при уменьшении размера А снижается эффективность использования лазерного луча и также возможны перегрев и утонение проводника в продольном направлении.The length of the base A of the prismatic divider 3 is equal to the diameter D L. L of the laser beam at the entrance to the device, because with a decrease in size A, the efficiency of using the laser beam decreases and overheating and thinning of the conductor in the longitudinal direction are also possible.
При сварке свободного конца проводника со стороны торца оптимальной является схема сварки тремя точками (фиг.2,б) В этом случае устройство оснащается трехгранным призматическим делителем, который делит лазерный луч на три равных части, фокусируемые линзой на торец и боковые поверхности проводника. When welding the free end of the conductor from the end side, the optimal welding scheme is three points (Fig.2, b). In this case, the device is equipped with a trihedral prismatic divider, which divides the laser beam into three equal parts, focused by the lens on the end and side surfaces of the conductor.
Использование предлагаемого устройства для лазерной сварки тонких проводников (или профилей) с диаметром от - 50 до ~ 300 мкм с массивным изделием позволяет избежать утонения проводников (или профиля) и деформаций при сварке по длине проводника и наиболее эффективно устройство при сварке разнородных материалов. В частности, такие комбинации: проводник - латунь, бронза, золото, медь посеребренная и облуженная, массивное изделие - нержавеющая сталь, никелевые сплавы, контактные площадки на основе серебросодержащей пасты на поверхности неметаллов (кварц, керамика). Using the proposed device for laser welding of thin conductors (or profiles) with a diameter from - 50 to ~ 300 μm with a massive product allows to avoid thinning of conductors (or profile) and deformations when welding along the length of the conductor and the most effective device when welding dissimilar materials. In particular, such combinations: conductor - brass, bronze, gold, silver plated and tinned copper, massive product - stainless steel, nickel alloys, contact pads based on silver-containing paste on the surface of non-metals (quartz, ceramics).
Таким образом, конструкция устройства значительно упростилась, а его использование позволило повысить качество сварного соединения и снизить деформации свариваемых проводников с массивным изделием
Источники информации:
1 Заявка (Япония) 62-179887, опубл 0708.1987 г, 61-22771, В 23 К 26/00.Thus, the design of the device was greatly simplified, and its use allowed to improve the quality of the welded joint and reduce the deformation of the welded conductors with a massive product
Sources of information:
1 Application (Japan) 62-179887, publ. 0708.1987, 61-22771, 23 K 26/00.
2. Патент 4315130 США, опубл. 09.02.1982 г., том 1015, 2, МКИ В 23 К 27/00, HKИ 219-121L. 2. US Patent 4,315,130, publ. 02.09.1982, volume 1015, 2, MKI B 23 K 27/00, HKI 219-121L.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127432A RU2193956C2 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Apparatus for laser welding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000127432A RU2193956C2 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Apparatus for laser welding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000127432A RU2000127432A (en) | 2002-10-27 |
RU2193956C2 true RU2193956C2 (en) | 2002-12-10 |
Family
ID=20241681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000127432A RU2193956C2 (en) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Apparatus for laser welding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2193956C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105710532A (en) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 苏州天弘激光股份有限公司 | Powder-feeding welding device |
RU2730359C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-08-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of multi-position laser cutting using diffraction optical elements |
-
2000
- 2000-11-02 RU RU2000127432A patent/RU2193956C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105710532A (en) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 苏州天弘激光股份有限公司 | Powder-feeding welding device |
RU2730359C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-08-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of multi-position laser cutting using diffraction optical elements |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103399405B (en) | A kind of laser wide-band cladding device and method | |
JP5596021B2 (en) | Device for joining and tapering fibers or other optical components | |
US11673212B2 (en) | Optical path/beam splitting unit and coaxial-wire-feed cladding head thereof | |
JPS61182892A (en) | Laser optical device | |
CN101898420B (en) | Method for manufacturing resin mold assembly | |
WO2021027658A1 (en) | Central feeding laser system based on multiple optical fiber output laser modules, and machining head | |
CN113199143A (en) | Double-light-path ultrafast laser welding device based on beam shaping and processing method | |
RU2193956C2 (en) | Apparatus for laser welding | |
US4733047A (en) | Spot welding technique | |
CN109894740A (en) | A kind of laser focusing device and its method for carrying out laser focusing | |
RU2219028C2 (en) | Apparatus for lazer welding | |
CN115846871A (en) | System and method for welding middle frame assembly of aluminum alloy mobile phone | |
CN210937660U (en) | Center feeding laser system based on multiple optical fiber output laser modules and machining head | |
CN116240540A (en) | Composite laser cladding light path | |
CN104551387A (en) | Multi-beam synthesizing and focusing device | |
CN111230303B (en) | Laser-electric arc composite coaxial fuse device | |
CN216966642U (en) | Coaxial welding light path structure | |
CN210937651U (en) | Laser processing head based on multiple optical fiber output laser modules | |
JP2003275888A (en) | Laser beam machining apparatus and processing method | |
JP3868116B2 (en) | Laser processing head | |
CN203422527U (en) | Wideband laser cladding device | |
CN111375889A (en) | Laser processing head based on multiple optical fiber output laser modules | |
KR20010021906A (en) | Device for the laser processing of materials | |
JP2000288755A (en) | Laser beam joining method its device | |
CN218903987U (en) | Welding device for middle frame assembly of aluminum alloy mobile phone and welding system comprising same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161103 |