一种激光焊接装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光焊接装置，特别涉及一种焊接镀铬钢板的激光焊接装置，其通过实现激光发生器发出的激光经过准直透镜准直后通过所述激光束整形光学器整形成截面为椭圆形状的激光射束并在所述焊接平台上形成椭圆形状的激光光斑或设置旋转机构并通过调节所述旋转机构可使所述激光发生器发出的激光经过激光外光路系统后在焊接平台形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向，从而实现通过控制激光能量的空间分布传输，提高了焊接速度及降低焊缝缺陷，保证了焊缝质量。
【专利说明】一种激光焊接装置
(-)【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种激光焊接装置，特别涉及一种焊接镀铬钢板的激光焊接装置。
(二)【背景技术】
[0002]目前，金属罐所用的包装材料主要是冷轧薄钢板，为增强其耐腐蚀性，通常还需要在表面进行镀层处理，按镀层金属的不同可分为镀锡钢板、镀铬钢板和镀锌钢板三种。近年来，由于锡、锌资源紧缺，国内外各企业和研究人员为了节约锡资源，纷纷采用具有成本低，镀层薄(5-10 μ m)、耐蚀性和涂印附着力好等优点的镀铬钢板作为金属罐所用的包装材料。
[0003]金属罐通常是用金属薄板制造的薄壁包装容器，在其生产加工过程中大多需要焊接，目前我国食品罐身焊接主要是采用电阻熔焊。电阻熔焊存在着耗电量大、热影响区大、适用的接头形式与可焊工件厚度受到限制等问题。镀铬钢板由于铬层电阻率极高(2017 Ω/m)，熔点高(1907°C )，常规生产线用的电阻焊机不能保证焊罐质量及焊接速度，通常生产线为了使电阻熔焊以焊接镀铬钢板，通常通过先去除焊接区铬层后再进行焊接，加工工序复杂，速度慢，影响电镀铬薄钢板继续扩大应用范围。
[0004]解决电阻溶焊所产生问题转而采用激光焊接工艺是一个选择，市面上的激光焊接机一般由激光发生器、激光外光路系统及焊接平台组成，激光发生器产生激光束经过激光外光路系统聚焦成高强度的激光束后辐射至金属表面与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能，使金属熔化后冷却结晶形成焊接。一般都是通过激光的不同波长、功率和脉冲宽度参数的不同组合以适用于各种不同的加工需要，目前还没有出现过通过控制激光能量的空间分布传输，以达到增加焊接速度及降低焊缝缺陷保证焊缝质量的目的激光焊接装置。
(三)
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种激光焊接装置，通过控制激光能量的空间分布传输，以达到提高焊接速度及降低焊缝缺陷而保证焊缝质量的目的。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种激光焊接装置，包括激光发生器、激光外光路系统及焊接平台，其特征在于:所述激光外光路系统包括准直透镜及激光束整形光学器，所述激光发生器发出的激光经过准直透镜准直后通过所述激光束整形光学器整形成截面为椭圆形状的激光射束并在所述焊接平台上形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向。
[0008]本实用新型可通过如下方案进行改进:
[0009]所述激光束整形光学器包括位置可对调和间距可调的聚焦镜及柱状透镜。
[0010]还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具，所述焊接夹具由固定底座和上盖板组成，待焊接件可置于所述固定底座和上盖板之间，上盖板沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件的缝隙，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件的焊接区域上方和下方形成气体保护室。[0011]所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽及位于上盖板上方的条状气管，所述气管沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽及条状气管以形成所述气体保护室。
[0012]用于圆罐焊接成型，所述固定底座为半圆柱状，于所述固定底座内部且在所述缝隙的两侧镶嵌有可对待焊接件进行预固定的两排磁铁。一种激光焊接装置。
[0013]为实现上述目的，本实用新型也可采用以下技术方案:
[0014]一种激光焊接装置，包括激光发生器、激光外光路系统及焊接平台，其特征在于:所述焊接平台上方设置有支架，所述激光外光路系统通过一旋转机构安装在所述支架上，调节所述旋转机构可使所述激光发生器发出的激光经过激光外光路系统后在焊接平台形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向。
[0015]本实用新型可通过如下方案进行改进:
[0016]所述激光外光路系统由聚焦镜或由位置可对调和间距可调的聚焦镜及柱状透镜与准直透镜搭配组成。
[0017]还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具，所述焊接夹具由固定底座和上盖板组成，待焊接件可置于所述固定底座和上盖板之间，上盖板沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件的缝隙，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件的焊接区域上方和下方形成气体保护室。
[0018]所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽及位于上盖板上方的条状气管，所述气管沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽及条状气管以形成所述气体保护室。
[0019]用于圆罐焊接成型，所述固定底座为半圆柱状，于所述固定底座内部且在所述缝隙的两侧镶嵌有可对待焊接件进行预固定的两排磁铁。
[0020]本实用新型的优点在于通过控制激光能量的空间分布传输，提高了焊接速度及降低焊缝缺陷，保证了焊缝质量。
(四)【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型安装在工作台上三维状态示意图；
[0022]图2是激光外光路系统安装于支架上的三维状态示意图；
[0023]图3是激光外光路系统的一种组装结构及光传输的示意图；
[0024]图4是激光外光路系统的另一种组装结构及光传输的示意图；
[0025]图5是圆罐焊接成型时夹具工作时一个剖切面的示意图；
[0026]图6是图5中A视图的放大状态示意图；
[0027]图7现有的激光焊接机的激光外光路系统作用于待焊接件上示意图；
[0028]图8是本实用新型激光焊接机的激光外光路系统作用于待焊接件上示意图。
(五)【具体实施方式】
[0029]实施例一、如图1，所示一种激光焊接装置I安装在工作台2上，包括激光发生器11、激光外光路系统及焊接平台。工作台2上设有滑动导轨21和驱动滑轨移动的电机22，焊接平台安装在滑动导轨21上在电机22的作用下可在工作台2上移动。
[0030]所述激光发生器11采用YAG半导体激光器。
[0031]所述激光外光路系统通过龙门台架23安装在工作台2上，并可调节其位置。
[0032]在本实施例中，激光外光路系统包括准直透镜12-1及激光束整形光学器，激光束整形光学器由位置可对调和间距可调的聚焦镜12-2及柱状透镜12-3组成，其中聚焦镜12-2起聚光作用，而柱状透镜12-3应用于该处的目的是利用其只能在一个方向上起到聚焦的特性，将柱状透镜12-3与聚焦镜12-2组合使用，只要改变两透镜之间的间距和两透镜相对位置，可使所述激光发生器11发出的激光经过准直透镜12-1准直后通过所述激光束整形光学器整形成截面为椭圆形状的激光射束并在所述焊接平台上形成椭圆形状的激光光斑，由此可实现控制激光能量的空间分布传输，以达到增加焊接速度及降低焊缝缺陷保证焊缝质量的目的。两透镜相对位置是可改变的，可通过一些常见的装置加以实现。
[0033]激光外光路系统的具体光路图分别如图3和图4所示。在图3中，激光发生器11发出的激光通过光纤11-1传输进入准直透镜12-1 (Collimating lens)进行准直,然后经过柱状透镜12-3，激光从柱状透镜12-3 (Cylindrical lens)出来后，激光射束的截面为椭圆形状，最后经过聚焦镜12-2 (Focusing lens)的聚焦,在焊接平台上形成椭圆形状的激光光斑。图中所示的a为柱状透镜12-3与聚焦镜12-2间的间距，是可调的；efl为离待焊接件10的最近光学镜与等焊接件间的间距，即为工作距离；fl为聚焦镜12-2的焦距；b为所述激光光斑椭圆形状的长轴，该长轴与焊接方向同向，即减小激光光斑沿焊缝宽度方向上的尺寸，而增加了沿焊接方向的尺寸。由此可见，对照目前的激光焊接机，本实用新型通过在激光外光路系统增加了柱状透镜12-3，使之前激光焊接机在焊接平台上形成的圆形激光光斑成为椭圆形的光斑，长轴与焊接方向(图中所示为y轴)同向，使之本实用新型工作时在相同单位时间较现在的激光焊接机照射待焊接件10的焊接部位时间增长、焊接部位接收光的能量多，由于焊接部位接收光的能量适当就满足焊接工艺，故此，可缩短照射待焊接件10的焊接部位时间以让焊接部位接收合适的能量，也就实现了提高焊接速度的目的，当然，正如上所述，焊接部位接收光的能量多，提高能量的利用率，降低焊缝缺陷，从而保证了焊接缝质量的目的。图4与图3的区别只是柱状透镜12-3与聚焦镜12-2相对位置不同，原理相同，故此不再详述。
[0034]为了提高焊接质量，本实用新型的激光焊接机还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具3。如图5和图6所示，所述焊接夹具3由固定底座31和上盖板32组成，待焊接件10可置于所述固定底座31和上盖板32之间，上盖板32沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件10的缝隙32-1，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件10的焊接区域上方和下方形成气体保护室。
[0035]所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座31上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽31-1及位于上盖板32上方的条状气管33，所述条状气管33沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽31-1及条状气管33以形成所述气体保护室。
[0036]本实用新型的激光焊接机可用于圆罐焊接成型，当用于圆罐焊接成型时，如图5和图6所示，所述固定底座31为半圆柱状，于所述固定底座31内部且在所述缝隙32-1的两侧镶嵌有可对待焊接件10进行预固定的两排磁铁34。平板状的焊接成型与圆罐焊接成型原理相同，不再详述。
[0037]实施例二、如图1，所示一种激光焊接装置I安装在工作台2上，包括激光发生器
11、激光外光路系统及焊接平台。工作台2上设有滑动导轨21和驱动滑轨移动的电机22，焊接平台安装在滑动导轨21上可在工作台2上移动。
[0038]所述激光发生器11采用YAG半导体激光器。
[0039]如图2所示，所述焊接平台上方还设置有支架4，所述激光外光路系统12 (在本实施例中，激光外光路系统可与实施例一的激光外光路系统结构相同也不不相同，在下面加以详述)通过一旋转机构41安装在所述支架4上，调节所述旋转机构41可使所述激光发生器11发出的激光经过激光外光路系统后在焊接平台形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向，即减小激光光斑沿焊缝宽度方向上的尺寸，而增加了沿焊接方向的尺寸。对照目前的激光焊接机，本实用新型通过在支架4及激光外光路系统间设置旋转机构41，使之前激光焊接机在焊接平台上形成的圆形激光光斑成为椭圆形的光斑，如图7及图8所示，其中图7是现有的激光焊接机的激光外光路系统作用于待焊接件10上示意图，在焊接平台上形成的圆形激光光斑为圆形，在焊接方向激光光斑长度为LI ;图8是本实用新型的激光焊接机的激光外光路系统作用待焊接件10上的示意图，在焊接平台上形成的圆形激光光斑为椭圆形，在焊接方向激光光斑长度为L2，椭圆形的长轴与焊接方向(图中所示为y轴)同向，使之本实用新型之激光焊接装置工作时在相同单位时间较现在的激光焊接机照射待焊接件10的焊接部位时间增长了(因为L1〈L2)、焊接部位接收光的能量相对增多，由于焊接部位接收光的能量适当就满足焊接工艺，故此，可缩短照射待焊接件10的焊接部位时间以让焊接部位接收合适的能量，也就实现了提高焊接速度的目的，当然，正如上所述，焊接部位接收光的能量相对增多，提高能量的利用率，降低焊缝缺陷，从而保证了焊接缝质量的目的。同时，调节所述旋转机构41可改变激光射进待焊接件10的入射角度，由此也可避免焊接工件时激光的反射导致损坏激光外光路系统。
[0040]本实施例中，所述激光外光路系统12由聚焦镜12-2或由位置可对调和间距可调的聚焦镜12-2及柱状透镜12-3与准直透镜12-1搭配组成。需要说明一点的是，激激光外光路系统12只有聚焦镜12-2时激光外光路系统12的原理与现有的激光焊接机的激光外光路系统12原理是一样的，都是只起聚焦的作用。当由位置可对调和间距可调的聚焦镜12-2及柱状透镜12-3组成时，即与实施例一所述的激光外光路系统12原理一致，结合本实施例之改进，也是可以实现相同的发明目的的。
[0041]为了提高焊接质量，本实用新型的激光焊接机还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具3。如图5和图6所示，所述焊接夹具3由固定底座31和上盖板32组成，待焊接件10可置于所述固定底座31和上盖板32之间，上盖板32沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件10的缝隙32-1，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件10的焊接区域上方和下方形成气体保护室。
[0042]所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座31上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽31-1及位于上盖板32上方的条状气管33 (图中未画出)，所述条状气管33沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽31-1及条状气管33以形成所述气体保护室。[0043]本实用新型的激光焊接机可用于圆罐焊接成型，当用于圆罐焊接成型时，如图5和图6所示，所述固定底座31为半圆柱状，于所述固定底座31内部且在所述缝隙32-1的两侧镶嵌有可对待焊接件10进行预固定的两排磁铁34。平板状的焊接成型与圆罐焊接成型原理相同，不再详述。
[0044]上述实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光焊接装置，包括激光发生器、激光外光路系统及焊接平台，其特征在于:所述激光外光路系统包括准直透镜及激光束整形光学器，所述激光发生器发出的激光经过准直透镜准直后通过所述激光束整形光学器整形成截面为椭圆形状的激光射束并在所述焊接平台上形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接装置，其特征在于:所述激光束整形光学器包括位置可对调和间距可调的聚焦镜及柱状透镜。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种激光焊接装置，其特征在于:还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具，所述焊接夹具由固定底座和上盖板组成，待焊接件可置于所述固定底座和上盖板之间，上盖板沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件的缝隙，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件的焊接区域上方和下方形成气体保护室。
4.根据权利要求3所述的一种激光焊接装置，其特征在于:所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽及位于上盖板上方的条状气管，所述气管沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽及条状气管以形成所述气体保护室。
5.根据权利要求3所述的一种激光焊接装置，其特征在于:用于圆罐焊接成型，所述固定底座为半圆柱状，于所述固定底座内部且在所述缝隙的两侧镶嵌有可对待焊接件进行预固定的两排磁铁。
6.一种激光焊接装置，包括激光发生器、激光外光路系统及焊接平台，其特征在于:所述焊接平台上方设置有支架，所述激光外光路系统通过一旋转机构安装在所述支架上，调节所述旋转机构可使所述激光发生器发出的激光经过激光外光路系统后在焊接平台形成椭圆形状的激光光斑，所述椭圆形状的长轴与焊接方向同向。
7.根据权利要求6所述的一种激光焊接装置，其特征在于:所述激光外光路系统由聚焦镜或由位置可对调和间距可调的聚焦镜及柱状透镜与准直透镜搭配组成。
8.根据权利要求6或7任一所述的一种激光焊接装置，其特征在于:还包括保护气体装置和设置在所述焊接平台上的焊接夹具，所述焊接夹具由固定底座和上盖板组成，待焊接件可置于所述固定底座和上盖板之间，上盖板沿着焊接方向设置可供所述截面为椭圆形状的激光射束入射作用于待焊接件的缝隙，所述保护气体装置产生保护气体在将待焊接件的焊接区域上方和下方形成气体保护室。
9.根据权利要求8所述的一种激光焊接装置，其特征在于:所述保护气体装置包括储气罐、设置于固定底座上并位于待焊接材料下方沿着焊接方向延伸的开槽及位于上盖板上方的条状气管，所述气管沿其长度方向设置若干个朝向所述焊接区域的气孔，所述储气罐的气体可通过所述开槽及条状气管以形成所述气体保护室。
10.根据权利要求8所述的一种激光焊接装置，其特征在于:用于圆罐焊接成型，所述固定底座为半圆柱状，于所述固定底座内部且在所述缝隙的两侧镶嵌有可对待焊接件进行预固定的两排磁铁。
【文档编号】B23K26/24GK203509342SQ201320682632
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】袁济民, 杨明江, 陈伦安, 任志远, 张宏, 占剑, 覃志康 申请人:中山中粤马口铁工业有限公司