專利名稱：一種手持式激光焊接的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種手持式激光焊接的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
激光焊接已經(jīng)很普遍，激光焊接可以用于焊接銅、鋼、鋁合金等金屬材料，也可以 焊接塑料、陶瓷等非金屬材料；可以在空氣中進(jìn)行焊接，也可以在真空中或惰性氣體的保護(hù) 室里進(jìn)行焊接；可以對(duì)能直接接觸到的物體進(jìn)行焊接，也可以對(duì)不能直接接觸到的、處于密 封腔內(nèi)的物體進(jìn)行焊接?？梢院附哟笮驮O(shè)備，如汽車(chē)、輪船的車(chē)身的焊接，也可以用來(lái)焊接 極小的零部件，如微電子器件的封裝。又由于激光焊接通常具有許多其它傳統(tǒng)焊接方法所 無(wú)法比擬的優(yōu)越性，如激光焊接時(shí)，其熱影響區(qū)小，照射區(qū)域快速升溫、快速冷卻等。這使得 激光焊接有著廣闊的應(yīng)用范圍。目前的激光焊接有各種各樣，有C02氣體激光焊接，有Nd:YAG固體激光焊接等； 有針對(duì)大尺寸、厚板的大功率激光焊接，也有針對(duì)微小尺寸的小功率激光焊接；有焊接金屬 的，也有焊接塑料、陶瓷等非金屬的。但是，目前的激光焊接方法都是針對(duì)工作臺(tái)上的待焊 接件，還不能對(duì)處于工作臺(tái)之外的焊接件進(jìn)行焊接。在實(shí)際中，我們常常需要對(duì)處于墻壁、 屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來(lái)到工作臺(tái)面的零部件進(jìn)行焊接。這種焊接需求，目前市面 上的激光焊接裝置是無(wú)能為力的。針對(duì)目前激光焊接技術(shù)中存在的這種不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新型的、手持式的激 光焊接方法及其裝置，可以對(duì)處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來(lái)到工作臺(tái)面的零 部件進(jìn)行激光焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種手持式激光焊接方法及其裝置，將Nd:YAG激光器或光 纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)發(fā)出的激光束，通過(guò)光纖柔性傳輸?shù)绞殖质?激光焊接頭里。由于通過(guò)光纖傳輸，激光束可以傳輸?shù)綆资字獾氖殖质郊す夂附宇^，加 之手持式激光焊接頭小巧靈活，所以可以實(shí)施焊接的空間范圍和方位大大增加。本發(fā)明在用手持式激光焊接裝置焊接的過(guò)程中，握在手里的手持式激光焊接頭發(fā) 出的激光束要聚焦于待焊接零部件的相關(guān)部位；焊接過(guò)程中采用指示紅光空間定位的方 式；手持式激光焊接頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出 兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的焊接用激光束的焦平面中心處會(huì)合相交，在 其他任何位置不相交；用這兩束能會(huì)合相交于一點(diǎn)的指示紅光來(lái)指示焊接的位置進(jìn)行焊 接。所述的手持式激光焊接裝置，由光纖、光纖耦合器、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、焊接頭、調(diào)整螺 釘、全反鏡、透鏡、組合開(kāi)關(guān)、可見(jiàn)光激光器、手柄、半透半反鏡、保護(hù)鏡片、電纜、激光器組 成，激光器與光纖、電纜連接，電纜與組合開(kāi)關(guān)連接，光纖與光纖耦合器連接，光纖耦合器與 焊接頭連接，在焊接頭里裝有擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡和帶調(diào)整螺釘?shù)娜寸R、透鏡、可見(jiàn)光激光器、半透半反鏡，焊接頭前裝有保護(hù)鏡片，焊接頭下面裝有手柄，還配備了可移動(dòng)的刻度尺。所述的組合開(kāi)關(guān)是3個(gè)開(kāi)關(guān)的連接線紐合在一起。本發(fā)明可以對(duì)處于墻壁、屋頂或某些設(shè)備上等不能拿下來(lái)到工作臺(tái)面的零部件進(jìn) 行激光焊接。這種激光焊接方法及其裝置除了具有普通激光焊接的特點(diǎn)外，還具有很多優(yōu) 點(diǎn)，如焊接所能達(dá)到的空間和角度大，能焊接處于墻壁上或屋頂上等不能拿到工作臺(tái)面的 零部件，焊接用的激光頭輕巧，可以手持進(jìn)行焊接等優(yōu)點(diǎn)。



圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖1中，在由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器) 構(gòu)成的焊接裝置的主體25中輸出的激光束通過(guò)光纖1傳輸?shù)绞殖质郊す夂附宇^5的光纖 耦合器2，經(jīng)過(guò)光纖耦合器2耦合后的激光束3再經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡4，然后經(jīng)聚焦透鏡9聚 焦后會(huì)聚于透鏡焦平面的待焊接點(diǎn)22。手持式激光焊接的過(guò)程中，為了很好的對(duì)準(zhǔn)待焊接部位22，用可見(jiàn)光18作為指示 激光束。由可見(jiàn)光激光器11發(fā)出的指示激光束經(jīng)過(guò)半透半反鏡17后，透射后的一部分激 光束18與擴(kuò)束后用于焊接的激光束20平行，經(jīng)過(guò)透鏡9后到達(dá)待焊接部位22 ；經(jīng)過(guò)半透 半反鏡17反射后的激光束19再經(jīng)過(guò)全反鏡7后，獲得與焊接激光束20基本平行的指示 激光束8，再經(jīng)過(guò)透鏡9后到達(dá)待焊接部位22。全反鏡7上配備可調(diào)整的螺釘6，用于調(diào)整 反射后指示激光束8的方向。如果用于指示的可見(jiàn)光激光束18(或激光束8)和用于焊接 的激光束3 (或激光束20)的波長(zhǎng)差不多，則調(diào)整全反鏡7的方位，使反射后的指示激光束 8以及經(jīng)過(guò)半透半反鏡的指示激光束18平行于用于焊接的激光束20，則兩束指示激光束8 和18經(jīng)過(guò)透鏡9后的會(huì)聚點(diǎn)就是22，和焊接激光束20的焦點(diǎn)一致。但是，由于指示激光 束8 (或激光束18)和焊接用激光束20的波長(zhǎng)的差異，必然存在色差，使得兩束指示激光束 的會(huì)聚點(diǎn)和焊接用激光束20的焦點(diǎn)有一點(diǎn)點(diǎn)差異。所以，可以通過(guò)調(diào)整螺釘6調(diào)整全反鏡 7的方位，使兩束指示激光束在透鏡9后的會(huì)聚點(diǎn)與焊接用激光束的焦點(diǎn)重合，以便對(duì)后續(xù) 焊接進(jìn)行指示。為了定位的方便，還配備了可移動(dòng)的刻度尺21，可以通過(guò)調(diào)節(jié)刻度尺伸出部分的 長(zhǎng)度，來(lái)指示焊接用激光束20的焦平面位置。手持式激光焊接頭上還有用于手持的手柄15，用于單次焊接的按鈕開(kāi)關(guān)16，用于 可見(jiàn)光指示激光器電源的開(kāi)關(guān)12，總電源開(kāi)關(guān)13，開(kāi)關(guān)12、13、16的連接線14紐合在一起 為10，再通過(guò)電纜24和光纖1 一起并行傳輸一定距離連接到激光器25。為了防止焊接過(guò)程中金屬殘?jiān)鼘?duì)聚焦透鏡9的損壞，在聚焦透鏡的外面設(shè)置保護(hù) 鏡片23。由Nd:YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的焊接 裝置的主體25輸出的激光束經(jīng)過(guò)光纖1的遠(yuǎn)距離柔性傳輸后，到手持式激光焊接頭5的光 纖耦合部件2，經(jīng)耦合輸出后的激光束3進(jìn)入擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡4，擴(kuò)束準(zhǔn)直后的激光束20再由聚 焦透鏡9聚焦于焦點(diǎn)22處。整個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)、可見(jiàn)光指示激光器的電源及控制信號(hào)等都由Nd: YAG激光器或光纖激光器(等能用光纖傳輸激光束的激光器)構(gòu)成的焊接裝置的 主體25輸出，經(jīng)過(guò)電纜24、10傳給手持式激光焊接頭5的手柄15里面進(jìn)行處理。
焊接時(shí)，先打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)13和可見(jiàn)光指示激光器電源的開(kāi)關(guān)12，通過(guò)移動(dòng)刻度 尺21、可見(jiàn)光指示激光器11發(fā)出的可見(jiàn)指示光，將待焊接部位對(duì)準(zhǔn)于焦點(diǎn)22處，然后按動(dòng) 激光輸出按鈕16，用預(yù)先在焊接裝置的主體25上設(shè)置好的參數(shù)，進(jìn)行焊接。指示激光器11發(fā)出的指示用可見(jiàn)光經(jīng)過(guò)半透半反鏡17分束后再經(jīng)過(guò)聚焦透鏡9 后會(huì)聚，通過(guò)調(diào)整螺釘6使其在焦點(diǎn)22處會(huì)合，用于指示焊接用的不可見(jiàn)激光束。通常，當(dāng)聚焦透鏡9的焦距一定時(shí)，焦點(diǎn)22的位置是一定的。所以，一套手持式激 光焊接設(shè)備在出廠前可以先調(diào)整螺釘6，使指示激光器11發(fā)出的指示用可見(jiàn)光經(jīng)過(guò)半透半 反鏡17分束后再經(jīng)過(guò)聚焦透鏡9后會(huì)聚在焦點(diǎn)22處。之所以設(shè)置可微調(diào)的調(diào)整螺釘6，是 由于與激光束20平行的兩束調(diào)整光8和18經(jīng)過(guò)透鏡9后的會(huì)聚點(diǎn)與激光束20經(jīng)過(guò)透鏡9 后的會(huì)聚點(diǎn)不完全重合，這是由于色差所引起的。譬如，如果激光束20的波長(zhǎng)為1.06μπι， 兩束調(diào)整光8和18的波長(zhǎng)為0. 6328 μ m (氦氖激光器發(fā)出的紅色指示光)，透鏡9的焦距為 IOOmm的話，則由于色差所引起的差異大概在1 2mm，所以，通過(guò)可調(diào)節(jié)的調(diào)整螺釘6的微 調(diào)即可?？梢?jiàn)指示激光器也可以裝在焊接裝置的主體25中，然后通過(guò)光纖傳輸變換后再 作指示光。也可以通過(guò)其他方式指示焊接用激光束20聚焦后的焦點(diǎn)位置。為了減輕手持式焊接激光頭的重量，將用于調(diào)整激光束參數(shù)的控制面板等安放到 焊接裝置的主體25 —起。不考慮增加手持式焊接激光頭的重量的前提下，也可以將用于調(diào) 整激光束參數(shù)的控制面板等安放在手持式焊接激光頭上，或者另加一個(gè)與手持式激光焊接 頭并聯(lián)的控制部件。利用以上裝置，選用10 300w脈沖或連續(xù)光纖激光器或Nd: YAG激光器，用透鏡 對(duì)激光束進(jìn)行聚焦，可以對(duì)鋁及鋁合金、銅、不銹鋼等金屬材料進(jìn)行焊接?？梢赃M(jìn)行點(diǎn)焊，也 可以進(jìn)行縫焊。如用20w的SPI脈沖光纖激光器，脈沖激光器輸出的脈沖頻率為250KHZ，占空比 為50%，經(jīng)過(guò)聚焦后在焦平面處的光斑直徑0. 030mm，正離焦3mm，激光束在焦平面移動(dòng)的 速度為100mm/S，通過(guò)掃描圓形軌道，能將Sn-Ag-Cu無(wú)鉛釬料在覆銅板上進(jìn)行激光軟釬焊 (點(diǎn)焊)。用300w的Nd: YAG激光器，其單脈沖輸出能量0. 3 100焦耳，輸出脈沖頻率1 99Hz，脈沖寬度1 15ms，經(jīng)過(guò)聚焦后在焦平面處的光斑直徑0. 30mm。在選用脈沖激光頻 率為4Hz，焊接速度(激光束在聚焦平面的行走速度)lmm/s,單脈沖激光能量32. 9J，激光焊 接系統(tǒng)實(shí)際平均功率131. 6W，負(fù)離焦2mm，所用脈沖激光的輸出波形為快速上升，緩慢下降 的波形，脈寬15ms時(shí)，能對(duì)兩塊H62黃銅進(jìn)行縫焊。
權(quán)利要求
一種手持式激光焊接的方法及其裝置，其特征是在用手持式激光焊接裝置焊接的過(guò)程中，握在手里的手持式激光焊接頭發(fā)出的激光束要聚焦于待焊接零部件的相關(guān)部位；焊接過(guò)程中采用指示紅光進(jìn)行空間定位的方式；手持式激光焊接頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的焊接用激光束的焦平面中心處會(huì)合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會(huì)合相交于一點(diǎn)的指示紅光來(lái)指示焊接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式焊接的方法及其裝置，其特征是手持式激光焊接裝置由 由光纖、光纖耦合器、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、焊接頭、調(diào)整螺釘、全反鏡、透鏡、組合開(kāi)關(guān)、可見(jiàn)光激光 器、手柄、半透半反鏡、保護(hù)鏡片、電纜、激光器組成，其特征是激光器(25)與光纖(1)、電纜 (24)連接，電纜(24)與(10)連接，光纖(1)與光纖耦合器(2)連接，光纖耦合器(2)與焊 接頭(5)連接，在焊接頭(5)里裝有擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(4)和帶調(diào)整螺釘(6)的全反鏡(7)、透鏡 (9)、可見(jiàn)光激光器(11)、半透半反鏡(17)，焊接頭(5)前裝有保護(hù)鏡片(23)，焊接頭(5)下 面裝有手柄(15)，還配備了可移動(dòng)的刻度尺(21)。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式焊接方法及其裝置，其特征是所述的(10)是開(kāi)關(guān)(12)、 開(kāi)關(guān)(13)、開(kāi)關(guān)(16)的連接線(14)紐合在一起。
全文摘要
一種手持式激光焊接的方法及其裝置，在用手持式激光焊接裝置焊接的過(guò)程中，握在手里的手持式激光焊接頭發(fā)出的激光束要聚焦于待焊接零部件的相關(guān)部位；焊接過(guò)程中采用指示紅光進(jìn)行空間定位的方式；手持式激光焊接頭除要輸出由Nd:YAG激光器或光纖激光器產(chǎn)生的激光束外，還要輸出兩束指示紅光，這兩束指示紅光正好在輸出的焊接用激光束的焦平面中心處會(huì)合相交，在其它任何位置不相交；用這兩束能會(huì)合相交于一點(diǎn)的指示紅光來(lái)指示焊接。
文檔編號(hào)B23K26/06GK101862902SQ201010126550
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者安芬菊, 師文慶 申請(qǐng)人:廣東海洋大學(xué)