[發明專利]一種雙光束耦合裝置

無效

• 申請號: 201110362238.5
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102508362A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 何林;葉紅;葉毅聰
• 申請（專利權）人: 深圳市光大激光科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/10
• 分類號: G02B27/10;G02B27/09;G02B1/10;B23K26/04
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及耦合聚焦兩束不同波長激光的裝置，尤其涉及用于利用兩束不同波長的激光束進行焊接加工的雙光束耦合裝置。

背景技術

近十年，激光已被廣泛應用到工業生產中，尤其是用于金屬的焊接、切割、打孔、標記以及表面處理等方面。在生產中，激光焊接技術正變得越來越重要，這主要得益于激光焊接所能獲得的高精度、高加工速率，和對工件產生較低熱應力以及所能達到的自動化程度。激光焊接技術正逐步取代傳統的焊接技術，尤其在生產加工高附加值產品的時候，激光焊接技術是傳統焊接技術所無法媲美的。

當前的激光焊接系統最廣泛使用的激光光源一般有兩種。第一種是氣體激光器，即二氧化碳(CO₂)激光器，其激光波長是10.6微米。第二種是固體激光器，即Nd:YAG(Nd:Y₃Al₅O₁₂，摻釹釔鋁石榴石)激光器，其激光波長是1.064微米。Nd:YAG激光器的工作介質是摻雜少量稀土元素Nd(釹)的YAG晶體棒。Nd:YAG激光器可以連續振蕩，也可以利用Q開關產生巨脈沖振蕩，也可以產生脈沖寬度為100微秒以上(一般為1～10毫秒)的長脈沖。

在激光焊接應用中，激光束與待焊接材料的光學耦合特性是相當重要的。如果光學耦合特性不好，材料對該激光波長的反射率高，則材料對該激光的吸收效率低，無法高效地吸收該激光，因此很難獲得一個很好的焊接效果。在室溫下，金、銀、銅等金屬對二氧化碳激光和Nd:YAG激光的吸收效率特別低，采用單波長的二氧化碳激光或Nd:YAG激光焊接加工金、銀、銅等金屬無法獲得很好的效果。相比之下，在室溫下，金、銀、銅等金屬對Nd:YAG激光的倍頻激光(波長為532納米)卻非常高，其吸收系數是Nd:YAG激光的5～10倍。

有兩個普遍的規律：第一，對同一種材料，激光的波長越長，材料對激光的吸收系數越低；激光波長越短，材料對激光的吸收系數越高。第二，金屬的溫度越高，對激光的吸收效率越高。因此，焊接加工金、銀、銅等金屬的時候，可以先用Nd:YAG激光的倍頻激光對金、銀、銅等金屬進行預熱，將工件加熱到該金屬的熔點附近，緊接著施加一束Nd:YAG激光，完成最后的焊接工作。

光學玻璃對Nd:YAG激光(波長為1.064微米)和Nd:YAG激光的倍頻激光(波長為532納米)的折射率是不一樣的，用單片光學玻璃來聚焦這兩束激光會產生色差，即，該兩束激光的聚焦焦點不在同一個地方。即使使用消色差的組合透鏡來耦合聚焦，該兩束激光的聚焦位置的距離有所減少，但仍然不在同一個地方上。金、銀、銅等金屬價格昂貴，采用消色差組合透鏡來耦合聚焦Nd:YAG激光及其倍頻激光，無法獲得比較好的焊接效果。

發明內容

本發明針對焊接金、銀、銅等具有高反射系數的金屬和合金存在的問題，提供了一種雙光束耦合裝置。該耦合裝置方便地把Nd:YAG激光(波長為1.064微米)和Nd:YAG的倍頻激光(波長為532納米)耦合聚焦到同一個位置上，可以很好地焊接加工具有高反射系數的金屬和合金，從而提高生產效率和質量。

本發明采取的技術方案是，一種雙光束耦合裝置，包括：準直系統，用于準直Nd:YAG激光，使準直后的激光束形成一束平行光；第一45度反射鏡，用于反射和改變Nd:YAG激光的傳輸方向；擴束系統，用于擴束Nd:YAG的倍頻激光，得到不同發散角的光束；第二45度反射鏡，用于通過Nd:YAG激光和反射以及改變Nd:YAG的倍頻激光的傳輸方向；聚焦系統，用于耦合聚焦Nd:YAG激光和Nd:YAG的倍頻激光，使這兩束激光聚焦在同一個位置。

本發明有益效果在于，Nd:YAG激光與銅、銀和金等具有高反射系數金屬的光學耦合特性是極差的；但是，Nd:YAG的倍頻激光與銅、銀和金的光學耦合特性是相當高的。利用這兩束激光來焊接，Nd:YAG的倍頻激光先將待加工工件加熱到工件的熔點附近，然后再利用Nd:YAG激光完成最后的焊接工作，從而克服了采用單一Nd:YAG激光焊接加工所產生的困難，并且大大地提高了焊接效率和焊接質量。

附圖說明

圖1是依照本發明一個實施例，耦合聚焦兩束不同波長激光的裝置簡化示意圖

圖2是耦合兩束不同波長激光并采用消色差組合透鏡聚焦的裝置簡化示意圖

圖3a、圖3b是本實施例中，從光纖耦合輸出的激光經光學玻璃準直或擴束的裝置簡化示意圖

圖4a、圖4b是本實施例中，普通固體激光經光學玻璃準直或擴束的裝置簡化示意圖

具體實施方式