一种真空激光焊接装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种真空激光焊接装置及焊接方法，所述焊接装置包括激光器、干涉装置、真空焊接室及光纤，所述干涉装置安装在真空焊接室上，所述激光器的激光输出端与干涉装置的激光输入端通过光纤相连，还包括真空装置，所述真空装置用于对真空焊接室的内部空间进行抽真空处理，还包括用于对真空焊接室内工件上熔池进行熔池深度检测的检测装置，所述检测装置为激光干涉装置。所述焊接方法为所述焊接装置的使用方法，采用该焊接装置及焊接方法，不仅可获得理想的焊接质量，同时可对熔深特征进行准确的监测。

A Vacuum Laser Welding Device and Welding Method

【技术实现步骤摘要】
一种真空激光焊接装置及焊接方法
本专利技术涉及激光焊接
，特别是涉及一种真空激光焊接装置及焊接方法。
技术介绍
激光焊接作为一种高效、优质、绿色的加工工具广泛应用在船舶、轨道交通、航空航天等工业生产中的各个领域。熔深，即熔池深度，是评估其质量最主要的指标之一。在工程上，经常遇到非穿透焊缝，对于这种焊缝，要求保证熔深的一致性和连续性，因而熔深实时监测尤为关键，目前对于激光焊接熔深实时监测方法主要分为直接法和间接法两种，直接法为X射线透射实时成像法，但该方法设备昂贵、且存在一定危险性；间接法主要为基于熔池几何特征监测法，该方法是通过建立熔池几何特征和熔深之间的关系来预测焊缝熔深，但该方法需要大量的实验数据建立数据库，并且需要实时图像处理、提取特征等操作，计算量较大，时间较长，难以满足实时监测的要求，限制了该方法的广泛应用。
技术实现思路
针对上述提出的在激光焊接中，针对熔深监测，现有熔深实时监测存在设备昂贵、具有一定的风险性；计算量大、所需时间较长，难以满足实时检测要求的技术问题，本专利技术提供了一种真空激光焊接装置及焊接方法。采用该焊接装置及焊接方法，不仅可获得理想的焊接质量，同时可对熔深特征进行准确的监测。针对上述问题，本专利技术提供的一种真空激光焊接装置及焊接方法通过以下技术要点来解决问题：一种真空激光焊接装置及焊接方法，所述焊接装置包括激光器、干涉装置、真空焊接室及光纤，所述干涉装置安装在真空焊接室上，所述激光器的激光输出端与干涉装置的激光输入端通过光纤相连，还包括真空装置，所述真空装置用于对真空焊接室的内部空间进行抽真空处理，还包括用于对真空焊接室内工件上熔池进行熔池深度检测的检测装置，所述检测装置为激光干涉装置。现有技术中，激光干涉装置，即激光干涉仪，是目前精密位移测量和长度计量的重要工具。然而，针对激光焊接，在常规激光焊接过程中，随着激光功率的增加，在熔池上方出现致密的等离子体，这些等离子气体不仅严重阻碍入射激光的传输，降低熔深，同时也对熔深的实时监测造成干扰。近年来，随着真空激光焊接技术的发展，真空激光焊接为激光焊接的应用开辟了新方向，真空环境下，由于在一定程度上解决了等离子体产生问题，使得激光穿透能力大大提高，获得类似于电子束焊接具有的极大深宽比、焊缝成形良好的焊缝，在相同激光功率下，真空环境激光焊接的焊缝熔深约为大气环境下的2～3倍。然而，根据工件的材料种类不同，即使在真空环境下，亦不能保证在稳定焊接过程中不产生等离子体，等离子体对入射激光的吸收、散射和折射作用，基于监测精度问题，使得采用激光干涉仪的熔深监测方式在激光焊接领域中是不可用的。本方案中，所述激光器用于发出焊接用工作激光，即加工激光。干涉装置一般包括用于对激光束进行准直处理的准直镜、用于对准直后的激光反射至聚焦镜上的二向色镜、用于聚焦激光的聚焦镜。所述光纤作为激光器与干涉装置之间的光路传递路径。所述真空焊接室用于容纳被焊接工件，如干涉装置聚焦镜输出的激光通过真空焊接室上的激光投射窗口投射至真空焊接室内，在真空焊接室内设置通过支架支撑的工作台，所述工件置于工作台上，即可实现对工件进行真空焊接。所述真空装置用于对真空焊接室的内部空间进行抽真空处理。在具体运用时，优选设置为干涉装置位于工作台的上方，即焊接用激光由工作台的上方向下射向工件。本方案中，通过设置为包括所述真空装置、激光干涉装置和真空焊接室，所述真空焊接室作为容纳被焊接工件的容器，所述真空装置用于对所述容器进行抽真空处理，如通过所述真空装置，使得在进行焊接时，所述真空焊接室内的绝对压力小于或等于10帕斯卡，这样，可有效避免在稳定焊接时真空焊接室内出现等离子体，在提高焊接质量的同时有助于采用激光干涉法直接、准确的获得焊缝熔深，对焊接过程中工件的熔深特征进行实时监测与评估，确保其达到焊接接头的设计及工艺要求，从而提高真空激光焊接质量的一致性和可靠性。作为所述焊接装置进一步的技术方案：作为一种具体的激光干涉装置实现形式，所述激光干涉装置包括激光发生器、分光镜、锥角反射镜、准直镜、二向色镜及聚焦镜，所述干涉装置与激光干涉装置共用二向色镜及聚焦镜。本方案中，所述激光发生器作为激光干涉装置的激光光源，所述激光发生器输出的激光通过分光镜分光后，一部分激光透射成为参考激光，另一部分反射至二向色镜成为测量激光，测量激光经二向色镜透射至聚焦镜，再经聚焦镜投射至工件，同时使得测量激光与加工激光共光轴。采用本方案，加工激光与测量激光共用二向色镜和聚焦镜，可达到简化本装置结构的目的。为实现本焊接装置的自动控制，设置为：还包括控制装置，所述控制装置包括用于控制激光器工作参数的激光控制单元、用于控制真空装置工作状态的真空度控制单元、用于控制激光干涉装置工作的干涉测量控制单元、用于与激光干涉装置测量结果输出端相连的监视器。在具体运用时，在真空焊接室内设置压力传感器，所述压力传感器的输出端与真空度控制单元信号相连，且真空度控制单元接收压力传感器所获得的压力信号，控制真空装置的工作状态；激光干涉装置的输出端连接在激光控制单元的控制信号输入端上，通过所获得的熔深监测数据，控制激光器的工作状态。作为所述真空装置的具体设置方案，设置为：所述真空装置包括真空泵组，所述真空泵组包括主抽气泵及辅抽气泵，主抽气泵及辅抽气泵的入口端均分别通过抽气管与真空焊接室的内部空间相通。本方案中，所述真空泵组包括主抽气泵及辅抽气泵，即抽气泵不止一个，且包括主抽气泵及辅抽气泵，在具体运用时，如针对焊接之前真空焊接室抽真空，主抽气泵及辅抽气泵同时工作，在真空焊接室内迅速获得所需的真空环境。在焊接时，由于焊接会导致真空焊接室内的绝对压力值发生变化，此时仅采用辅抽气泵，即可维持焊接所需要的真空环境。采用本方案，可根据具体的使用要求，快速获得所需的真空环境和使得焊接过程中，在真空泵组较优的工作状态下，维持真空焊接室内的绝对压力值。辅抽气泵与真空焊接室之间的抽气管上还串联有比例阀。本方案中，所述比例阀作为相应抽气管上的节流元件，通过控制相应抽气管的流体流通性能，使得真空焊接室内的压力值维持在所需值或所需范围内，同时使得压力控制精度更高。优选的，针对包括真空度控制单元的实现方案，所述比例阀的信号输入端与真空度控制单元的信号输出端相连，且比例阀的工作受真空度控制单元控制：真空度控制单元的信号输入端与为真空计的压力传感器信号连接，真空度控制单元通过所获得的实际压力反馈值，控制比例阀的开度，而实现对真空焊接室内部压力实现实时闭环控制。为避免焊接时所产生的有毒有害粉尘进入外界大气而破坏环境，设置为：还包括废气处理装置，所述主抽气泵及辅抽气泵的出口端均分别通过排气管与废气处理装置的气体入口端相连。本方案中，通过所述废气处理装置对真空泵组所抽取的真空焊接室内的气体进行净化处理。为避免焊接过程中所产生的金属蒸气破坏相应管路和真空泵组，设置为：还包括用于过滤金属蒸气的过滤器，所述过滤器连接在辅抽气泵与真空焊接室之间的抽气管的入口端上。作为真空焊接室的具体设置方案，设置为：真空焊接室包括其上设置有观察窗的观察门，观察门与真空焊接室其他部分的配合面上还设置有密封条，观察门上还安装有把手，还包括用于实现观察门与真空焊接室其他部分配合的夹紧机构。本方案中，所述观察门作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空激光焊接装置，包括激光器(1)、干涉装置(2)、真空焊接室(3)及光纤(6)，所述干涉装置(2)安装在真空焊接室(3)上，所述激光器(1)的激光输出端与干涉装置(2)的激光输入端通过光纤(6)相连，还包括真空装置(4)，所述真空装置(4)用于对真空焊接室(3)的内部空间进行抽真空处理，其特征在于，还包括用于对真空焊接室(3)内工件上熔池进行熔池深度检测的检测装置，所述检测装置为激光干涉装置。

【技术特征摘要】
1.一种真空激光焊接装置，包括激光器(1)、干涉装置(2)、真空焊接室(3)及光纤(6)，所述干涉装置(2)安装在真空焊接室(3)上，所述激光器(1)的激光输出端与干涉装置(2)的激光输入端通过光纤(6)相连，还包括真空装置(4)，所述真空装置(4)用于对真空焊接室(3)的内部空间进行抽真空处理，其特征在于，还包括用于对真空焊接室(3)内工件上熔池进行熔池深度检测的检测装置，所述检测装置为激光干涉装置。2.根据权利要求1所述的一种真空激光焊接装置，其特征在于，所述激光干涉装置包括激光发生器(2-1)、分光镜(2-2)、锥角反射镜(2-3)、准直镜(2-4)、二向色镜(2-5)及聚焦镜(2-6)，所述干涉装置(2)与激光干涉装置共用二向色镜(2-5)及聚焦镜(2-6)。3.根据权利要求1所述的一种真空激光焊接装置，其特征在于，还包括控制装置(5)，所述控制装置(5)包括用于控制激光器(1)工作参数的激光控制单元(5-1)、用于控制真空装置(4)工作状态的真空度控制单元(5-2)、用于控制激光干涉装置工作的干涉测量控制单元(5-3)、用于与激光干涉装置测量结果输出端相连的监视器(5-4)。4.根据权利要求1所述的一种真空激光焊接装置，其特征在于，所述真空装置(4)包括真空泵组(4-1)，所述真空泵组(4-1)包括主抽气泵(4-1-1)及辅抽气泵(4-1-2)，主抽气泵(4-1-1)及辅抽气泵(4-1-2)的入口端均分别通过抽气管(4-4)与真空焊接室(3)的内部空间相通。5.根据权利要求4所述的一种真空激...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，滕文华，余洋，张伟超，徐猛，汪俊文，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51