[發(fā)明專利]一種可變擺動頻率和幅度的手持激光焊接頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110059834.X
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112828442B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 王龍海;陳銘;王世敏;楊貝貝;明新華
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;王玉

本發(fā)明設計一種可變擺動頻率和幅度的手持激光焊接頭，包括準直單元、搖擺和反射單元、驅動控制單元、可變擺動幅度單元、聚焦單元、手持焊接頭外殼、電氣通路單元。準直單元用于實現光纖頭輸入的激光到手持激光焊接頭的耦合；搖擺和反射單元通過搖擺電機驅動反射鏡可在一定頻率和角度下擺動，實現出射光束軌跡為圓或橢圓的擺動。驅動控制單元包括嵌入式CPU，用于控制擺動頻率和激光出射。可變擺動幅度單元用于調節(jié)擺動幅度。各單元集成于手持焊接頭外殼內；本發(fā)明可同時實現擺動頻率和幅度的連續(xù)調節(jié)，適應性強，散熱好，可防止光路污染，結構緊湊、使用舒適、操作靈活、工藝適應性強、安全可靠。

技術領域

本發(fā)明涉及一種可變擺動頻率和幅度的手持激光焊接頭，屬激光焊接設備技術領域。

背景技術

手持式激光焊接替代傳統(tǒng)工作臺式激光焊接，其優(yōu)點是：克服工作臺行程空間的局限性，可滿足多種角度、多種位置工件的焊接，使用更靈活方便，尤其適用于室內外各種焊縫、器材的點焊，在機械、汽車、化工、光電信息等領域和日常生活中獲得了越來越廣泛的應用。手持式激光焊接機的關鍵是手持激光焊接頭，從實現的功能看，它是一種激光外光路設備，通過光纖與激光器關聯，由光學鏡片對激光進行準直聚焦和調節(jié)，將高能量的激光對材料進行微區(qū)加熱，使材料融化并形成特定熔池，以達到焊接的目的。

手持激光焊接頭有多種結構形式，最簡單的結構是將傳統(tǒng)臺式激光焊接頭小型化，并增加手持握把構成，如發(fā)明專利《一種手持式激光焊接的方法及裝置》(CN101862902A)和《一種手持激光焊接槍》(CN109877451A)就是典型的這種結構。為了便于手持和移動，發(fā)明專利《一種手持式激光焊接頭》(CN110238512 A)將激光輸入光纖接頭集成到握把中，便于操作，其有益效果是可提高使用舒適度。隨著激光焊接技術應用的拓展，研究發(fā)現：激光擺動焊相比普通激光焊技術可增大熔池的流動、細化焊縫晶粒，并顯著提高焊縫的強度和韌性，同時還有利于提高匙孔的穩(wěn)定性，減少或抑制氣孔的產生，增大熔合區(qū)的寬度，提高焊縫坡口的間隙適應性。因此，激光擺動焊已成為激光焊接中的主流技術，正在逐步取代傳統(tǒng)的激光焊接技術。上述類型的手持激光焊接頭雖然實現了手持激光焊接的基本功能，但無法實現擺動焊接。發(fā)明專利《一種輕型手持式激光擺動焊接頭》(CN110293316A)公開了利用振鏡實現手持式激光擺動焊接，其不足之處是：振鏡的體積較大，一只振鏡僅能實現單一方向的光束擺動，不能達到光束軌跡為圓或橢圓的擺動焊接效果。利用轉動楔形鏡或傾斜的光路偏轉透鏡的方法也可實現光束軌跡為圓的擺動，但需要使用空心軸高速電機或磁體，如發(fā)明專利《一種激光焊接頭及激光焊接設備》(CN109834386A)和《一種手持激光擺動焊接槍》(CN201911421300.6)等公開的技術，這類手持式激光擺動焊接頭，雖可實現光束軌跡為圓的擺動焊接，但空心軸高速電機或磁體的使用既增加了光路調節(jié)難度，又會降低長時間工作的可靠性，且擺動幅度調節(jié)需要更換部件，不能實現自由調節(jié)，不能適應不同縫寬工件的焊接要求。因此，為了克服現有手持焊接頭的不足，適應不同焊接材料和焊接工件的需求，實現光束軌跡擺動焊接效果，開發(fā)擺動頻率和幅度可調的高可靠性手持激光焊接頭，還需要不斷探索新的技術。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對背景技術所述問題，設計一種可變擺動頻率和幅度的結構緊湊型手持激光焊接頭，所述手持激光焊接頭具有光路調節(jié)簡便、使用舒適、操作靈活、安全可靠等優(yōu)點，可適應不同材料和工件的激光擺動焊接。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種可變擺動頻率和幅度的手持激光焊接頭，包括：準直單元、搖擺和反射單元、驅動控制單元、可變擺動幅度單元、聚焦單元、手持焊接頭外殼、電氣通路單元；所述準直單元、搖擺和反射單元、驅動控制單元、可變擺動幅度單元、聚焦單元、電氣通路單元均集成于所述手持焊接頭外殼內；所述手持焊接頭外殼呈手槍狀，手持焊接頭外殼包括：手持握把、槍身、槍管、焊嘴。

所述準直單元包括：準直鏡片、準直器鏡筒，準直單元用于將光纖頭輸出的點發(fā)散激光轉變成平行光束，實現高能激光從激光器到手持激光焊接頭的耦合。