【技術領域】

本發(fā)明涉及激光焊接技術領域，特別涉及一種激光復合焊接出射裝置。

背景技術：

目前，激光已被廣泛應用到工業(yè)生產中，尤其是用于金屬的焊接、切割、打孔、標記以及表面處理等方面。激光焊接技術正變得越來越重要，這主要得益于在生產中激光焊接具有焊接速度快、易于被光學系統(tǒng)引導、精度高、變形小、對工件產生較低熱應力等特點。激光焊接技術正逐步取代傳統(tǒng)的焊接技術，激光焊接技術主要應用于相同金屬或不同種金屬之間的焊接，由于激光屬于一種特殊的光，所以焊接過程中與金屬材料表面特性密切相關。如銅、鋁等常見的反射率較高的材料焊接中，半導體激光焊接過程具有穩(wěn)定的熔池，焊接飛濺小，能獲得平緩、均勻、光滑的外觀，但穿透力不足。光纖激光焊接具有較深的熔深、較窄的焊道，但焊接過程匙孔波動大，焊接過程飛濺大，焊縫均勻性一般，尤其在焊接5系鋁、6系鋁等含較多低熔點元素材料時，焊接外觀不理想。

技術實現(xiàn)要素：

綜上所述，本發(fā)明主要的目的是使半導體激光器與光纖激光器發(fā)出的激光光束作用于同一焊接面，從而解決了傳統(tǒng)焊接氣孔較多，熱裂紋傾向較重、焊接飛濺較多、焊縫較大等技術問題，而提供一種激光復合焊接出射裝置。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種激光復合焊接出射裝置，所述裝置包括激光焊接頭，以及分別與所述激光焊接頭連接用于發(fā)射半導體激光的半導體激光器和用于發(fā)射光纖激光的光纖激光器；所述激光焊接頭的光路包括：用于將所述半導體激光器發(fā)射的半導體激光傳輸至激光焊接頭焦點處聚焦的半導體光路、用于將所述光纖激光器發(fā)射的光纖激光傳輸至激光焊接頭焦點處聚焦的光纖光路、以及實時檢測焊接位置并通過監(jiān)視器上的位置自定義焊接點的同軸監(jiān)視光路，所述半導體光路的激光光束和光纖光路的激光光束在激光焊接頭的焦點處重合為一個光束進行焊接，通過外部的光源照亮焊接位置，焊接位置所反射的光經過同軸監(jiān)視光路成像后由監(jiān)視器顯示。

所述半導體光路包括：半導體光纖、半導體準直鏡、半導體反射鏡第一光纖反射鏡及第一聚焦鏡，所述半導體光纖連接在所述激光焊接頭與半導體激光器之間，所述所述半導體準直鏡安裝在激光焊接頭內且位于半導體反射鏡和半導體光纖之間，所述半導體激光由半導體激光器發(fā)出，經半導體光纖傳輸至半導體準直鏡整形成平行光，并分別通過所述半導體反射鏡和第一光纖反射鏡反射后，在所述第一聚焦鏡處聚焦。

所述光纖光路包括：光纖激光器光纖、光纖準直鏡、第二光纖反射鏡及第二聚焦鏡，所述光纖激光器光纖連接在激光焊接頭與光纖激光器之間，所述光纖準直鏡安裝在激光焊接頭內且位于光纖激光器光纖和第二光纖反射鏡之間，所述光纖激光由光纖激光器發(fā)出，通過光纖激光器光纖傳輸至光纖準直鏡整形成平行光，并由第二光纖反射鏡反射后，在所述第二聚焦鏡處聚焦。

所述同軸監(jiān)視光路包括：外部光源、第三聚焦鏡、第三光纖反射鏡、第二半導體反射鏡，膠合成像鏡及ccd圖像傳感器，所述外部光源設于焊接位置的上方，其用于照亮焊接位置，光源在焊接位置處反射并分別經過第三聚焦鏡、第三光纖反射鏡、第二半導體反射鏡及膠合成像鏡后傳輸至ccd圖像傳感器，ccd圖像傳感器將采集到的光學信號轉化為圖形。

所述激光焊接頭上且位于半導體光纖和半導體反射鏡之間還設有用于調節(jié)半導體激光的出射位置的半導體調節(jié)機構。

所述半導體調節(jié)機構包括：用于安裝半導體準直鏡的準直器、用于調節(jié)半導體光纖的出射位置以改變半導體激光焦點的相對位置的第一調節(jié)機構、以及用于調節(jié)半導體激光焦點與光纖激光焦點在同一水平面上的第二調節(jié)機構，所述半導體準直鏡安裝在準直器內，所述準直器的一端與半導體光纖固接，準直器的另一端與第一調節(jié)機構配合轉動連接，所述第二調節(jié)機構則與第一調節(jié)機構配合轉動連接，當調節(jié)所述第二調節(jié)機構時，所述半導體光纖沿其軸向相對于所述半導體準直鏡移動。

所述半導體激光為輔助激光，所述光纖激光為焊接激光，所述半導體激光可以通過所述調節(jié)機構調節(jié)半導體激光的出射位置，從而改變半導體激光焦點相對于光纖激光焦點的位置，從而實現(xiàn)復合焊接的焊前處理、焊后處理及耦合焊接。

所述焊前處理通過調節(jié)第一調節(jié)機構使半導體激光位于光纖激光之前，此時，半導體激光可對被焊接物體或焊絲進行預熱。

所述焊后處理通過調節(jié)第一調節(jié)機構使光纖激光位于半導體激光之前，此時，光纖激光用于對被焊接物體進行深熔焊接，半導體激光則可對被焊接物體進行預熱。

所述耦合焊接通過調節(jié)第一調節(jié)機構使半導體激光與光纖激光聚焦在同一點，此時半導體激光與光纖激光復合而成復合激光，可對被焊接物體預熱的同時進行焊接。

采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所產生的有益效果在于：結合傳統(tǒng)半導體激光器及光纖激光器焊接時的工藝特性，并充分利用兩者在焊接時的優(yōu)點，使兩者通過一個聚焦頭聚焦到同一點進行焊接。在焊接過程中，半導體激光主要用于預熱，穩(wěn)定熔池，獲得平滑焊接外觀；光纖激光用于獲得工藝要求的焊接深度。本發(fā)明還具有提高能量利用率、匙孔穩(wěn)定，適用于高速焊接、凝固速度降低，減少氣孔，降低熱裂紋傾向、減少焊接飛濺、改善焊縫成型使焊接表面平滑等特點。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的實施例1的結構剖視圖；

圖2是本發(fā)明的實施例1的光路示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例2的結構剖視圖；

圖4是本發(fā)明的實施例2的光路示意圖；

圖5是本發(fā)明的調節(jié)機構的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的調節(jié)機構的結構剖視圖；

圖7是本發(fā)明的焊前處理的應用示意圖；

圖8是本發(fā)明的焊后處理的應用示意圖；

圖9是本發(fā)明的耦合焊接的應用示意圖。

【具體實施方式】

下列實施例是對本發(fā)明的進一步解釋和補充，對本發(fā)明不會構成任何限制。

實施例1：

如圖1～9所示，本發(fā)明的激光復合焊接出射裝置包括激光焊接頭1，半導體激光器（圖中未示），光纖激光器（圖中未示）。所述半導體激光器和光纖激光器分別與激光焊接頭1連接，所述半導體激光器用于發(fā)射半導體激光至激光焊接頭中，所述光纖激光器用于發(fā)射光纖激光至激光焊接頭中。如圖1，圖2所示在本實施例中，所述激光焊接頭1的光路包括：半導體光路2，光纖光路3及同軸監(jiān)視光路4。所述半導體光路2的激光光束和光纖光路3的激光光束在激光焊接頭的焦點處聚焦，并復合為一個光束進行焊接，并通過外部的光源照亮焊接位置，焊接位置所反射的光經過同軸監(jiān)視光路4成像后由監(jiān)視器顯示。

如圖1，圖2所示，所述半導體光路2用于將所述半導體激光器發(fā)射的半導體激光傳輸至激光焊接頭焦點處聚焦，具體地，所述半導體光路2包括：半導體光纖21、半導體準直鏡22、半導體反射鏡23第一光纖反射鏡24及第一聚焦鏡25，所述半導體光纖21連接在所述激光焊接頭1與半導體激光器之間，所述所述半導體準直鏡22安裝在激光焊接頭1內且位于半導體反射鏡23和半導體光纖21之間，所述半導體準直鏡用于將半導體激光準直，使準直后的激光束形成一束平行光。所述第一光纖反射鏡24用于反射和改變半導體激光的傳輸方向。所述第一聚焦鏡25用于將半導體激光聚焦在第一聚焦鏡25的焦點處。所述半導體激光由半導體激光器發(fā)出，經半導體光纖21傳輸至半導體準直鏡22整形成平行光，并分別通過所述半導體反射鏡23和第一光纖反射鏡24反射后，在所述第一聚焦鏡25處聚焦。

如圖1，圖2所示，所述光纖光路3用于將所述光纖激光器發(fā)射的光纖激光傳輸至激光焊接頭焦點處聚焦，具體地，所述光纖光路3包括：光纖激光器光纖31、光纖準直鏡32、第二光纖反射鏡33及第二聚焦鏡34，所述光纖激光器光纖31連接在激光焊接頭1與光纖激光器之間，所述光纖準直鏡32安裝在激光焊接頭1內且位于光纖激光器光纖31和第二光纖反射鏡33之間，所述光纖準直鏡32用于將光纖激光準直，使準直后的激光束形成一束平行光。第二光纖反射鏡33用于通過光纖激光激光反射以及改變光纖激光的傳輸方向，所述光纖激光由光纖激光器發(fā)出，通過光纖激光器光纖31傳輸至光纖準直鏡32整形成平行光，并由第二光纖反射鏡33反射后，在所述第二聚焦鏡34處聚焦。

如圖1，圖2所示，所述同軸監(jiān)視光路4用于實時檢測焊接位置并通過監(jiān)視器上的位置自定義焊接點，具體地，所述同軸監(jiān)視光路4包括：外部光源、第三聚焦鏡41、第三光纖反射鏡42、第二半導體反射鏡43，膠合成像鏡44及ccd圖像傳感器45，所述外部光源設于焊接位置的上方，其用于照亮焊接位置，光源在焊接位置處反射并分別經過第三聚焦鏡41、第三光纖反射鏡42、第二半導體反射鏡43及膠合成像鏡44后傳輸至ccd圖像傳感器45，ccd圖像傳感器45將采集到的光學信號轉化為圖形顯示。同軸監(jiān)視光路的優(yōu)勢在于：在配合自動化設備焊接時，可以實時檢測焊接位置。由于同軸監(jiān)視具有隨動的特性，可以利用監(jiān)視器上固定位置來定義焊接點。此外，同軸監(jiān)視可以最小化出射頭體積，相較旁軸監(jiān)視而言，結構簡單，安裝方便。

如圖5，圖6所示，進一步地，所述激光焊接頭1上且位于半導體光纖21和半導體反射鏡24之間還設有用于調節(jié)半導體激光的出射位置的半導體調節(jié)機構5。

如圖5，圖6所示，所述半導體調節(jié)機構5包括：用于安裝半導體準直鏡的準直器51、用于調節(jié)半導體光纖的出射位置以改變半導體激光焦點的相對位置的第一調節(jié)機構52、以及用于調節(jié)半導體激光焦點與光纖激光焦點使其在同一水平面上的第二調節(jié)機構53，所述半導體準直鏡22安裝在準直器51內，用于使準直后的激光束形成一束平行光。所述準直器51的一端與半導體光纖21固接，準直器51的另一端與第一調節(jié)機構52配合轉動連接，所述第二調節(jié)機構53則與第一調節(jié)機構52配合轉動連接，當調節(jié)所述第二調節(jié)機構52時，所述半導體光纖21沿其軸向相對于所述半導體準直鏡22處移動。

如圖7～9所示，所述半導體激光為輔助激光，所述光纖激光為焊接激光，通過調節(jié)所述調節(jié)機構半導體激光的出射位置，從而改變半導體激光焦點相對于光纖激光焦點的位置，從而實現(xiàn)復合焊接的焊前處理、焊后處理及耦合焊接。

如圖7所示，進一步地，所述焊前處理通過調節(jié)第一調節(jié)機構52使半導體激光位于光纖激光之前，此時，半導體激光可對被焊接物體或焊絲進行預熱。光斑大小，能量密度及光斑距離可調。通過此焊前處理方式可以提高能量利用率，并可以用于帶圖層金屬的表面處理或涂層蒸發(fā)。

如圖8所示，進一步地，所述焊后處理通過調節(jié)第一調節(jié)機構52使光纖激光位于半導體激光之前，此時，光纖激光用于對被焊接物體進行深熔焊接，半導體激光則可對被焊接物體進行預熱。通過此焊后處理方式可改善焊縫成型，焊接裂紋敏感性材料，如高碳鋼，合金鋼等，可提高焊縫韌性，降低焊縫硬度，抑制凝固裂紋。

如圖9所示，進一步地，所述耦合焊接通過調節(jié)第一調節(jié)機構52使半導體激光與光纖激光聚焦在同一點，此時半導體激光與光纖激光復合成為復合激光，可對被焊接物體預熱的同時進行焊接。通過此耦合焊接方式，復合光束在熔池中產生一個共同的匙孔，匙孔開口變大，不易閉合，焊接過程中更加穩(wěn)定，使氣體更易排出。復合光束在一定程度上在焊前焊后均進行了處理，能有效提高能量利用率以及改善焊縫成形，提高焊接過程的可靠性及穩(wěn)定性提高對錯邊、間隙的影響，提高能量利用率，降低氣孔率，減少焊接飛濺。

實施例2

如圖3，圖4所示，本實施例的基本結構、功能及光路組成同實施例1，不同點僅在于激光頭上各元件的擺放位置不同，在此不再具體闡述實施例2的基本結構。

盡管通過以上實施例對本發(fā)明進行了揭示，但是本發(fā)明的范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構思的條件下，以上各構件可用所屬技術領域人員了解的相似或等同元件來替換。