[發(fā)明專利]一種環(huán)形光激光焊接裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011544208.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112643199A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱楓;劉潤(rùn)軍;徐海俠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 洛陽(yáng)博特自動(dòng)化工程有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/064;B23K26/073
• 代理公司: 鄭州中科鼎佳專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41151
• 代理人: 蔡佳寧

一種環(huán)形光激光焊接裝置，包括激光器、準(zhǔn)直鏡、錐透鏡、聚焦鏡和反射體；其中，激光器用于產(chǎn)生光源；準(zhǔn)直鏡用于將光源擴(kuò)束為平行光束；錐透鏡用于將平行光束折射為環(huán)形光束；聚焦鏡用于將環(huán)形光束聚焦，形成聚焦光束，聚焦光束聚焦在焦平面上的形狀為圓環(huán)形；反射體具有反射面，反射面用來(lái)改變聚焦光束的方向，使焦平面的位置發(fā)生改變；錐透鏡、聚焦鏡，至少有一個(gè)能夠軸向移動(dòng)。本發(fā)明的光路構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，最大限度地避免了折反射損失，進(jìn)而降低了機(jī)體的溫度，提高了光能的利用效率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了聚焦圓環(huán)直徑的可調(diào)，并實(shí)現(xiàn)了多角度焊接，大幅拓展了使用范圍，使激光整體環(huán)帶焊接在工程應(yīng)用上成為可能，并使之具有實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種環(huán)形光激光焊接裝置。

背景技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)中，薄壁管狀零件的環(huán)形焊接多采用激光焊接。激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，其加熱面積小、熱源集中，具有其它焊接方法所不具備的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的環(huán)形激光焊接是通過(guò)旋轉(zhuǎn)激光光束或工件實(shí)現(xiàn)的，由于焊接處與未焊接處的溫度相差巨大，不可避免地造成工件因受熱不均而產(chǎn)生的焊接變形。

從根本上解決上述問(wèn)題的方法是整體環(huán)帶焊接，即將激光聚焦成圓環(huán)形，同時(shí)對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行加熱焊接。申請(qǐng)?zhí)枮?01620269423.8的專利公開(kāi)了一種環(huán)形激光焊接頭，該專利中的焊接頭由準(zhǔn)直鏡、第一枚圓錐透鏡、第二枚圓錐透鏡以及聚焦鏡構(gòu)成。該專利雖然能夠?qū)⒓す饩劢钩芍睆娇烧{(diào)的圓環(huán)，但是呈錐面發(fā)散的環(huán)形光束在進(jìn)入第二枚圓錐透鏡時(shí)的反射角度過(guò)大，光能損失嚴(yán)重，不適合于高功率激光的應(yīng)用，這對(duì)于焊接來(lái)說(shuō)是個(gè)致命的缺陷。申請(qǐng)?zhí)?01620532840.7的專利公開(kāi)了一種激光焊接裝置，該專利中的激光光源通過(guò)光源導(dǎo)入裝置入射在錐形全反鏡的錐面上，經(jīng)錐形全反鏡反射至環(huán)形全反聚焦鏡上，經(jīng)環(huán)形全反聚焦鏡聚焦反射在工作平臺(tái)上形成環(huán)形光斑。對(duì)于環(huán)形全反聚焦鏡的凹面來(lái)說(shuō)，只有拋物線型的凹面對(duì)平行光的反射才能形成固定的焦點(diǎn)，而其余形狀的凹面對(duì)平行光的反射形不成焦點(diǎn)，也就是說(shuō)，激光的熱能無(wú)法集中。而對(duì)于具有拋物線型凹面的環(huán)形全反聚焦鏡來(lái)說(shuō)，只有改變拋物線的曲率才能改變焦點(diǎn)的位置，但這是不現(xiàn)實(shí)的，也是無(wú)法應(yīng)用的。因此，無(wú)論怎樣移動(dòng)升降桿，聚焦圓環(huán)的直徑都是固定的、不可調(diào)的。此外，上述兩個(gè)專利的聚焦光束都是收斂的，只能對(duì)工件外部的某方向的焊縫進(jìn)行焊接，而對(duì)工件內(nèi)的焊縫以及其余角度焊縫的焊接是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)于環(huán)形激光焊接來(lái)說(shuō)，如果做不到光能的有效利用，或者做不到聚焦圓環(huán)直徑的可調(diào)，或者不能實(shí)現(xiàn)多角度焊接，都是沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值的，而怎樣做到光能的有效利用、聚焦圓環(huán)直徑的可調(diào)以及多角度焊接，則是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直想解決而未能解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)形光激光焊接裝置，其目的在于：實(shí)現(xiàn)光能的有效利用、聚焦圓環(huán)直徑的可調(diào)以及多角度焊接，使激光的整體環(huán)帶焊接成為可能，且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種環(huán)形光激光焊接裝置，包括：

激光器，用于產(chǎn)生光源；

準(zhǔn)直鏡，將光源擴(kuò)束為平行光束；

錐透鏡，將平行光束折射為環(huán)形光束；

聚焦鏡，將環(huán)形光束聚焦，形成聚焦光束，聚焦光束聚焦在焦平面上的形狀為圓環(huán)形；

反射體，具有反射面，反射面用來(lái)改變聚焦光束的方向，使焦平面的位置發(fā)生改變；

所述錐透鏡、所述聚焦鏡，至少有一個(gè)能夠軸向移動(dòng)。

進(jìn)一步地改進(jìn)技術(shù)方案，所述反射體能夠軸向移動(dòng)。

進(jìn)一步地改進(jìn)技術(shù)方案，所述反射面為內(nèi)圓柱面或內(nèi)錐面。

進(jìn)一步地改進(jìn)技術(shù)方案，所述反射面為外圓柱面或外錐面。

進(jìn)一步地改進(jìn)技術(shù)方案，所述反射體由石英制成。