[發明專利]一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭及焊接方法

在審

• 申請號: 202110316515.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113001015A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李正陽;余西龍;劉二勇;孟令光
• 申請（專利權）人: 連云港倍特超微粉有限公司
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/24;B23K26/70
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 張燕燕

1.一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，包括設置于被焊板(10)上方的入射套筒(1)、出射套筒(2)和連接套筒(3)，其特征在于：所述入射套筒(1)和出射套筒(2)平行設置，所述連接套筒(3)分別與入射套筒(1)和出射套筒(2)垂直連接且入射套筒(1)、出射套筒(2)和連接套筒(3)連通形成內徑相同的空腔，所述入射套筒(1)的入口處連接準直鏡且準直鏡的準直鏡片與入射套筒(1)的軸線平行，所述入射套筒(1)和連接套筒(3)的銜接處設置有平面反射鏡(4)且平面反射鏡(4)與入射套筒(1)的軸線呈45°設置，所述連接套筒(3)和出射套筒(2)的銜接處設置有雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)，所述雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)的曲面包括第一旋轉對稱拋物面(6)和第二旋轉對稱拋物面(7)，所述出射套筒(2)的外側傾斜固定設置有送絲機構(8)且送絲機構(8)輸送焊絲(9)至被焊板(10)的表面。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，其特征在于：所述平面反射鏡(4)和雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)的背面均設置有循環水路。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，其特征在于：所述平面反射鏡(4)和雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)的材質為紫銅。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，其特征在于：所述送絲機構(8)包括送絲機構本體(11)和固定設置于送絲機構本體(11)中部的送絲導管(12)，所述送絲導管(12)采用同軸雙層導管且導管中心用于輸送焊絲(9)、導管夾層用于通保護氣體(13)。

5.根據權利要求4所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，其特征在于：所述保護氣體(13)為氬氣。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，其特征在于：所述出射套筒(2)的出口處設置有保護鏡片(14)。

7.一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：根據激光焊接工藝要求，計算兩個等厚的被焊板(10)對接深熔焊所必須的焦點距離d₁：

d₁＝kD，

其中，k＝0.5～0.8，D為被焊板(10)的厚度；

S2：制作雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)：

設第一旋轉對稱拋物面(6)和第二旋轉對稱拋物面(7)的拋物面方程分別為：

x₁＝g₁(y,z)，

x₂＝g₂(y,z)，

所述第一旋轉對稱拋物面(6)的焦點為f₁、第二旋轉對稱拋物面(7)的焦點為f₂，焦點f₁、f₂連線的距離為d且d＝d₁；

S3：將兩個等厚的被焊板(10)對接好，然后在兩個等厚的被焊板(10)的上方組裝好基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，出射套筒(2)的軸線與兩個被焊板(10)的焊縫對齊；

S4：接通平面反射鏡(4)和雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)背面的循環水路，通過送絲機構(8)的送絲導管(12)將焊絲(9)送達兩個被焊板(10)的焊縫附近，并在送絲導管(12)的導管夾層通入保護氣體(13)；

S5：打開激光，激光束經準直鏡后與入射套筒(1)軸線平行入射，照射在平面反射鏡(4)上，然后進入連接套筒(3)，再照射到雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)上，與連接套筒(3)軸線平行入射的激光經雙旋轉對稱拋物面反射鏡(5)反射后，分別被匯聚在兩個焦點f₁、f₂上。

8.根據權利要求7所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接方法：其特征在于：所述步驟S2中焦點f₁、f₂的連線與出射套筒(2)中心軸線之間的夾角為α且α的取值范圍：-20°≤α≤20°。

9.根據權利要求7所述的一種基于雙焦點反射鏡的厚金屬板激光焊接方法：其特征在于：所述步驟S2中第一旋轉對稱拋物面(6)和第二旋轉對稱拋物面(7)被其對稱平面截取的弧長分別為l₁、l₂，當l₁與l₂的連接點處在連接套筒(3)的軸線上時，此時l₁＝l₂，焦點f₁、f₂各自匯聚的激光強度相等；當l₁與l₂的連接點處在連接套筒(3)的軸線上方時，此時l₁＜l₂，焦點f₁匯聚的激光強度小于焦點f₂匯聚的激光強度；當l₁與l₂的連接點處在連接套筒(3)的軸線下方時，此時l₁＞l₂，焦點f₁匯聚的激光強度大于焦點f₂匯聚的激光強度。