[實(shí)用新型]一種自聚焦激光焊接裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920202053.6
• 申請(qǐng)日: 2009-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201586830U
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈常宇;李可;侯強(qiáng)龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K26/20
• 分類號(hào): B23K26/20;B23K26/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型提供了一種自聚焦激光焊接裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及激光焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光焊接以焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊縫組織細(xì)化、焊接變形小以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足汽車(chē)工業(yè)的要求，近年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并且具有焊接速度快，深寬比大，焊縫處的熱應(yīng)變值較低，熱影響區(qū)小等特點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)激光束的聚焦給工件邊緣提供焊接需要的高能量，聚焦點(diǎn)的直徑可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米，保留了材料的原有成形性能，可實(shí)現(xiàn)一體成形。但是其激光聚焦主要采用透鏡或透鏡組實(shí)現(xiàn)激光的聚焦。在高強(qiáng)度脈沖激光照射下，聚焦透鏡容易損壞且焦點(diǎn)光斑較大；并且透鏡組的成本較高，靈活性不夠，而且由于熱透鏡效應(yīng)，聚焦焦點(diǎn)容易漂移。

利用強(qiáng)激光在高非線性介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng)，采用高非線性系數(shù)的克爾介質(zhì)作為強(qiáng)激光的聚焦介質(zhì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光的自聚焦，相比聚焦透鏡或透鏡組，具有成本低，聚焦光斑小，且焦點(diǎn)位置穩(wěn)定的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種自聚焦激光焊接裝置。該裝置的激光聚焦不需要傳統(tǒng)的聚焦透鏡或透鏡組，而是利用強(qiáng)激光在高非線性介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光的聚焦。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、焦距可調(diào)和焦斑直徑極細(xì)等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

本實(shí)用新型包括激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作臺(tái)5。

所述的激光器為高功率激光器，可以是Nd:YAG、二氧化碳激光器或者鈦寶石激光器；用于提供高功率激光。

所述的全反射板是鍍高反射膜的反光板，用來(lái)調(diào)節(jié)光路，控制激光方向。

所述的工字型支架為一體成型的剛性工件，它與全反射板和激光自聚焦管剛性連接，用來(lái)控制光路；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)反光板來(lái)調(diào)節(jié)光路方向時(shí)，保持光束總是嚴(yán)格垂直照射激光自聚焦管。

所述的激光自聚焦管為玻璃管，其壁厚度為1～2mm，管壁外徑為1～3cm，管長(zhǎng)為1～5cm的透明玻璃管，石英入射窗和出射窗與玻璃管兩端用高性能膠水粘牢、密封；自聚焦玻璃管中充滿高非線性系數(shù)的液體為CS₂液體或者CCl₄液體。

所述的工作臺(tái)是采用耐高溫的材質(zhì)做成，用來(lái)放置被焊接的物體。

本實(shí)用新型的工作原理是：強(qiáng)激光從激光器中出射，經(jīng)過(guò)全反射板調(diào)節(jié)光路并反射，反射光垂直照射到激光自聚焦管中，當(dāng)激光入射到高非線性系數(shù)的液體中時(shí)，由于液體的高非線性效應(yīng)，當(dāng)激光功率密度在一定的閾值之上時(shí)，產(chǎn)生克爾效應(yīng)，激光發(fā)生自聚焦，從激光自聚焦管的出射窗口射出；焦距可由注滿高非線性系數(shù)液體的自聚焦玻璃管長(zhǎng)度確定。

附圖說(shuō)明

圖1是一種自聚焦激光焊接裝置；

圖2是激光自聚焦管示意圖。

1—激光器，2—全反射板，3—工字型支架，4—激光自聚焦玻璃管，5—工作臺(tái)；41—激光自聚焦玻璃管的透明石英窗，42—激光自聚焦玻璃管身，43—高非線性系數(shù)液體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

參見(jiàn)附圖1，一種自聚焦激光焊接裝置，其構(gòu)造為：激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作臺(tái)5。激光器為Nd:YAG脈沖激光器，發(fā)出的激光波長(zhǎng)為1062nm，全反射板為鍍銀高反射玻璃板，反射率為99.99％，工字型支架為鋼質(zhì)，寬度為3cm，厚度為5mm；激光自聚焦管的石英入射窗的厚度為2mm，直徑為2cm；玻璃管的直徑為2cm，管壁厚度為1mm，管長(zhǎng)為2cm；玻璃管中注入液態(tài)CS₂，其線性折射率為和非線性系數(shù)分別為n₀＝1.62，n₂＝1.3×10^-11esu。入射的激光波長(zhǎng)為λ＝532nm，此時(shí)CS₂的折射率滿足方程(1)，

n＝n₀+n₂|A|²????????????????????????????(1)

其中A為入射激光的振幅，它與激光強(qiáng)度的關(guān)系為I＝|A|²。可以看出，CS₂的折射率隨著激光功率密度的增大而增大，當(dāng)激光功率密度達(dá)到或超過(guò)閾值功率密度100KW/cm²時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)激光光束的自聚焦，激光聚焦后的功率密度最高可以達(dá)到400KW/cm²。