專利名稱：高功率光纖激光焊接機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率光纖激光焊接機。
背景技術(shù)：
激光焊接機是一種現(xiàn)代的焊接方式，激光焊接的特點是被焊接工件變形小，焊接深度/寬度比高，熱影響區(qū)小，因此焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高，它們在工業(yè)上應(yīng)用越來越廣泛。激光焊接機還具有不受磁場的影響，不局限于導(dǎo)電材料，不需要真空的條件并且焊接過程中不產(chǎn)生X射線等優(yōu)點。激光和計算機控制的結(jié)合更好更精確地控制焊接過程，保證了焊接的質(zhì)量，針對不同焊接對象和要求，完成焊縫跟蹤、缺陷監(jiān)測、焊縫質(zhì)量監(jiān)測等技術(shù)方案，通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，以實現(xiàn)激光焊接技術(shù)?，F(xiàn)有的光纖激光焊接機應(yīng)用漸廣，結(jié)構(gòu)與工藝各有其特點。如專利公開號為 102081190A 一種用于高功率光纖激光器或放大器的雙包層激光光纖及其激光耦合方法，雙包層激光光纖的構(gòu)成是內(nèi)包層包含有一根有芯光纖區(qū)和與該有芯光纖區(qū)緊密平行并列、側(cè)面耦合的兩根無芯光纖區(qū)，其外由涂覆層包裹，有芯光纖區(qū)的纖芯為摻有稀土的纖芯，該方案是利用雙包層激光光纖進行激光耦合，通過多段光纖連接，實現(xiàn)多個點泵浦。如專利公開號為CN101013183A—種用于粗芯光纖焊接的粗芯光纖激光焊接器及焊接方法，采用小型百瓦級C02激光器作為光源，用一塊棗核形的透鏡把激光器輸出的激光束整形成環(huán)狀光束，碗狀的反射鏡把這束環(huán)狀的激光反射到碗狀反射鏡碗口中心的焦點，待焊接的光纖就放置在焦點位置，碗狀的反射鏡的中心有一個圓孔，光纖從這個圓孔穿過，使光纖焊接部位位于碗狀的反射鏡焦點的中心，環(huán)狀激光聚焦以后可以環(huán)繞光纖均勻地照射在待焊接的位置，控制C02激光器的功率和功率輸出時間，以焊接不同直徑的光纖。焊接機方面有如專利公開號為CN101380695A的一種激光焊接機，用于板式太陽能吸熱器的雙光路光纖激光焊接機，包括激光器、光纖、聚焦系統(tǒng)，激光器通過光纖與聚焦系統(tǒng)連接，設(shè)有底座裝置、龍門裝置，其中，龍門裝置位于底座裝置之上，聚焦系統(tǒng)裝在龍門裝置上，將激光器發(fā)出的激光引入龍門裝置與底座裝置之間，聚焦系統(tǒng)針對被焊接工件的位置能夠在X、Y、Z三個方向移動，其中，X、Y代表與地面平行的水平方向，Z代表與地面垂直的方向。這種結(jié)構(gòu)主要是為了解決銅管與鋁板焊接的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決光纖激光焊接工藝中降低耦合節(jié)點的熱效應(yīng)，提高輸出功率，明確分段耦合數(shù)量和耦合最佳距離的問題，提供一種合理的高功率光纖激光焊接機，
利用方程《，確定分段耦合數(shù)的合理數(shù)量，優(yōu)化激光輸出的光學(xué)質(zhì)量，降低泵浦
Pb%g
光對端面的破壞。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種高功率光纖激光焊接機，其特征是所述的激光焊接機包括耦合的雙包層光纖、機械手臂、純光纖耦合式光纖激光器，所述的純光纖耦合式光纖激光器通過分段激勵方式獲得，所述的分段激勵方式是根據(jù)總激光輸出功率、熔接損耗、外包層光纖損耗以及單段激勵半導(dǎo)體功率來確定分段耦合數(shù)。光纖激光器是用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)，在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回來構(gòu)成諧振腔便可形成激光振蕩器輸出。光纖激光器輸出光束質(zhì)量高，至少比典型的C02激光器和Nd: YAG固體激光器光束質(zhì)量提高一個數(shù)量級，有利于獲得小的聚焦光斑，且器件無需水冷，結(jié)構(gòu)小巧，是理想的高質(zhì)量工業(yè)用打標(biāo)機、 切割機光源，并且可應(yīng)用于材料處理、焊接以及醫(yī)療器械系統(tǒng)中，也可作為Raman激光器泵浦源、非線性轉(zhuǎn)換泵浦源等。泵浦源光器使用光源的主要目的是將電能有效地轉(zhuǎn)化為輻射能，并在給定的光譜帶上產(chǎn)生高的輻射通量，最有效的激光泵浦燈將使激光材料在激發(fā)熒光的波長上產(chǎn)生最大的發(fā)射，而在有效吸收帶之外的所有光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生最小的發(fā)射。雙包層光纖的纖芯采用摻％3+等元素的石英材料構(gòu)成，的吸收譜比較寬，幾乎不受波長溫漂的影響。 使用合理數(shù)量分段激勵工藝制造的光纖激光焊接機，其激光能量在光斑范圍內(nèi)按帽式分布，整個光斑能量分布均勻，焊點光滑，電焊穩(wěn)定性高，激光通過光纖傳輸?shù)胶附宇^上，其柔性連接，易于操作臺與主機的遠(yuǎn)程協(xié)助和自動化生產(chǎn)線集成，具有能量檢測及反饋功能，能量穩(wěn)定性高。作為優(yōu)選，所述的分段耦合數(shù)根據(jù)《 = ￡2工獲得，其中，η為光纖激勵分段
Pb%g
數(shù)，k為折算系數(shù)，P為總激光輸出功率，δ ^為熔接損耗，δ w為外包層光纖損耗，Pb為單段激勵半導(dǎo)體功率，ngg為光光效率。使用分段激勵工藝，不僅分散了泵浦光從單一端面進入， 引起的非線性曲線和模式惡化，優(yōu)化激光輸出的光學(xué)質(zhì)量，大大降低泵浦光對端面的破壞， 而且根據(jù)輸出功率和光光轉(zhuǎn)換率能計算出所需分段的合理數(shù)量。作為優(yōu)選，所述的激光耦合分段最優(yōu)值是在定長光纖上熔接耦合多個泵浦源進行確定的，通過改變泵浦源的功率、泵浦源的數(shù)量、定長光纖上的耦合間隔距離來完成。作為優(yōu)選，所述的分段耦合模式是在雙包層光纖生成無數(shù)杈纖，每份杈纖與帶尾纖的LD的無縫耦合形成分點泵浦源。這樣可大幅地提高輸出功率，同時避免了傳統(tǒng)泵浦源帶來的熱效應(yīng)問題，適宜泵浦源的散熱并提高使用壽命，且便于維修。作為優(yōu)選，所述的側(cè)面泵浦是在光纖兩側(cè)生成若干條纖杈與LD尾纖直接熔接，從各個不同點進行單個泵浦。這樣可以避免強激光單點引起的非線性效應(yīng)和模式惡化。作為優(yōu)選，所述的K修正系數(shù)，制造時參考值為0. 1 0.9。該系數(shù)通過數(shù)次研究得出。本發(fā)明的有益效果是提高了光光轉(zhuǎn)換率和輸出功率，避免了傳統(tǒng)泵浦源帶來的熱效應(yīng)問題，適宜泵浦源的散熱并提高使用壽命，易于維修；從各個不同點進行單個泵浦， 避免了強激光單點引起的非線性效應(yīng)和模式惡化。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。本實施例一種高功率光纖激光焊接機，包括耦合的雙包層光纖、機械手臂、純光纖耦合式光纖激光器，其中純光纖耦合式光纖激光器通過分段激勵方式獲得，而分段激勵方式是根據(jù)總激光輸出功率、熔接損耗、外包層光纖損耗以及單段激勵半導(dǎo)體功率來確定分段耦合數(shù)，即通過說方程計算
權(quán)利要求
1.一種高功率光纖激光焊接機，其特征是所述的激光焊接機包括耦合的雙包層光纖、 機械手臂、純光纖耦合式光纖激光器，所述的純光纖耦合式光纖激光器通過分段激勵方式獲得，所述的分段激勵方式是根據(jù)總激光輸出功率、熔接損耗、外包層光纖損耗以及單段激勵半導(dǎo)體功率來確定分段耦合數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖激光焊接機，其特征在于所述的分段耦合數(shù)根據(jù)n =獲得，其中，η為光纖激勵分段數(shù)，k為折算系數(shù)，ρ為總激光輸出功率，δ r為Pb%g熔接損耗，心為外包層光纖損耗，Pb為單段激勵半導(dǎo)體功率，ηgg為光光效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率光纖激光焊接機，其特征在于激光耦合分段最優(yōu)值是在定長光纖上熔接耦合多個泵浦源進行確定的，通過改變泵浦源的功率、泵浦源的數(shù)量、定長光纖上的耦合間隔距離來完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖激光焊接機，其特征在于分段耦合模式是在雙包層光纖生成無數(shù)杈纖，每份杈纖與帶尾纖的LD的無縫耦合形成分點泵浦源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖激光焊接機，其特征在于側(cè)面泵浦是在光纖兩側(cè)生成若干條纖杈與LD尾纖直接熔接，從各個不同點進行單個泵浦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率光纖激光焊接機，其特征在于所述的K修正系數(shù)， 制造時參考值為0. 1 0.9。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率光纖激光焊接機,解決光纖激光焊接工藝中降低耦合節(jié)點的熱效應(yīng)，提高輸出功率，明確分段耦合數(shù)量和耦合最佳距離的問題，其特征是所述的激光焊接機包括耦合的雙包層光纖、機械手臂、純光纖耦合式光纖激光器，所述的純光纖耦合式光纖激光器通過分段激勵方式獲得，所述的分段激勵方式是根據(jù)總激光輸出功率、熔接損耗、外包層光纖損耗以及單段激勵半導(dǎo)體功率來確定分段耦合數(shù)。提高了光光轉(zhuǎn)換率和輸出功率，避免了熱效應(yīng)、強激光單點引起的非線性效應(yīng)及模式惡化的問題，適宜泵浦源的散熱并提高使用壽命。
文檔編號H01S3/09GK102513693SQ20111034422
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者金輝 申請人:杭州奧克光電設(shè)備有限公司