[發(fā)明專利]一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接頭及焊接方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110316515.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113001015A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正陽(yáng);余西龍;劉二勇;孟令光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 連云港倍特超微粉有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/06
• 分類號(hào): B23K26/06;B23K26/24;B23K26/70
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 張燕燕

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接頭及焊接方法，焊接頭包括入射套筒、出射套筒和連接套筒，所述連接套筒分別與入射套筒和出射套筒垂直連接，所述入射套筒的入口處連接準(zhǔn)直鏡，所述入射套筒和連接套筒的銜接處設(shè)置有呈45°設(shè)置的平面反射鏡，所述連接套筒和出射套筒的銜接處設(shè)置有雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡，所述雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡的曲面包括第一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面和第二旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面，所述出射套筒的外側(cè)傾斜固定設(shè)置有送絲機(jī)構(gòu)且送絲機(jī)構(gòu)輸送焊絲至被焊板的表面，本發(fā)明利用雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡形成兩個(gè)等離子體匙孔，將厚板熔透，避免了因焦深不足在焊接厚板時(shí)出現(xiàn)上面熔化而下面不熔化的情況，而且不需要開(kāi)坡口。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域，尤其是一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接頭及焊接方法。

背景技術(shù)

根據(jù)GB/T 14574-2016《鋼產(chǎn)品分類》，厚板通常是指厚度在20mm以上的鋼板。用傳統(tǒng)的電弧焊或者等離子焊等方法焊接厚板，通常需要開(kāi)坡口，這是因?yàn)檫@類熱源的匯聚性、準(zhǔn)直度不高，焊接時(shí)熔深不足，即焊縫的深寬比不夠大，背面無(wú)法一次性熔透，或背面焊縫成形不好，導(dǎo)致焊接質(zhì)量無(wú)法保證。激光具有很好的方向性、準(zhǔn)直度和很高的功率密度，當(dāng)功率密度達(dá)到106W/cm2以上量級(jí)時(shí)，激光與材料相互作用將產(chǎn)生等離子體，形成匙孔效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)深熔焊，焊縫深寬比達(dá)到10:1以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電弧焊或等離子焊的深寬比。因此，在很多情況下無(wú)需開(kāi)坡口，直接完成厚度20mm以上的鋼板焊接，節(jié)省了工序和工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。然而，如果板厚超過(guò)30mm，甚至達(dá)到100mm以上，激光焊接也需要開(kāi)坡口。這是因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)受到鏡頭焦深的限制，現(xiàn)有的激光聚焦鏡很難獲得100mm量級(jí)的焦深。中國(guó)專利CN201711214448.2公開(kāi)了“一種雙焦點(diǎn)高速激光熔覆方法”，該方法采用雙曲率透鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)平行入射光的雙聚焦。但是，激光焊接厚板需要很高的激光功率，透鏡很難實(shí)現(xiàn)良好的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接頭及焊接方法，利用雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡形成兩個(gè)等離子體匙孔，將厚板熔透，完成焊接，避免了因焦深不足在焊接厚板時(shí)出現(xiàn)上面熔化而下面不熔化的情況，而且一般不需要開(kāi)坡口。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接頭，包括設(shè)置于被焊板上方的入射套筒、出射套筒和連接套筒，所述入射套筒和出射套筒平行設(shè)置，所述連接套筒分別與入射套筒和出射套筒垂直連接且入射套筒、出射套筒和連接套筒連通形成內(nèi)徑相同的空腔，所述入射套筒的入口處連接準(zhǔn)直鏡且準(zhǔn)直鏡的準(zhǔn)直鏡片與入射套筒的軸線平行，所述入射套筒和連接套筒的銜接處設(shè)置有平面反射鏡且平面反射鏡與入射套筒的軸線呈45°設(shè)置，所述連接套筒和出射套筒的銜接處設(shè)置有雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡，所述雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡的曲面包括第一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面和第二旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面，所述出射套筒的外側(cè)傾斜固定設(shè)置有送絲機(jī)構(gòu)且送絲機(jī)構(gòu)輸送焊絲至被焊板的表面。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述平面反射鏡和雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡的背面均設(shè)置有循環(huán)水路。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述平面反射鏡和雙旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面反射鏡的材質(zhì)為紫銅。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述送絲機(jī)構(gòu)包括送絲機(jī)構(gòu)本體和固定設(shè)置于送絲機(jī)構(gòu)本體中部的送絲導(dǎo)管，所述送絲導(dǎo)管采用同軸雙層導(dǎo)管且導(dǎo)管中心用于輸送焊絲、導(dǎo)管夾層用于通保護(hù)氣體。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述保護(hù)氣體為氬氣。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述出射套筒的出口處設(shè)置有保護(hù)鏡片。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：一種基于雙焦點(diǎn)反射鏡的厚金屬板激光焊接方法，包括如下步驟：

S1：根據(jù)激光焊接工藝要求，計(jì)算兩個(gè)等厚的被焊板對(duì)接深熔焊所必須的焦點(diǎn)距離d₁：

d₁＝kD，