一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法，属于超快激光打孔与准连续激光焊接方法的技术领域，首先将激光加工部件安装到专用工作台上，把需要激光打孔的部位放置于取样容器内，并实现界面密封；之后对取样容器抽真空，待真空达到10

【技术实现步骤摘要】
一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法
本专利技术属于超快激光打孔与准连续激光焊接方法的
，具体而言，涉及一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法。
技术介绍
近几年来，激光技术获得了飞速发展，在工业部门获得越来越广泛的应用，并发展出超快、准连续及连续激光等输出模式。超快激光主要用于微纳加工及精密钻孔等，由于超快激光具有短脉冲、高峰值功率及高重复频率等特点，具有加工精度高、热影响区极小以及适用于多种材料加工的特点，是激光加工研究的热点之一。其中，准连续及连续激光具有输出时间长、平均功率高等特点，在焊接领域应用较为广泛，所获得焊缝具有深宽比大、焊接变形小及焊缝综合性能优良等优势，上述激光打孔及焊封技术已在电子、汽车、航空航天领域获得应用。在一些特定的工程领域，出现了采用超快激光进行近无损微纳打孔取样分析，然后对微孔进行原位激光封孔焊接的应用需求，上述超快激光打孔及准连续激光焊接单项技术均不足以解决微孔加工-取样-焊封这一复杂需求，因此，缺少一种既能实现精密微孔加工，又能实现焊封要求的一体化技术，尤其是在狭小真空环境空间内实现小管径部件的加工，还面临视觉系统照明光源难以进入狭小空间以及小直径管径(较大曲率)对照明光源的散射导致观察效果不佳等一系列技术问题。因此，建立一套满足狭小空间内小管激光原位近无损打孔、焊封技术，以满足这一工程需求就显得尤为重要。
技术实现思路
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法以达到满足狭小空间内小管激光原位近无损打孔以及焊封，对密封容器内部气氛进行近无损取样且不影响密封容器产品使用性能的目的。本专利技术所采用的技术方案为：一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置，该装置包括：内部中空且密封设置的取样容器，所述取样容器设有至少一透光件，取样容器的一侧设有插入其内部的取样管，且取样管的插入部分与透光件正对对应。与取样容器内部连通的取样分析系统和真空系统；打孔激光器和焊封激光器，所述打孔激光器和焊封激光器通过透光件分别对取样管进行打孔和焊封。进一步地，所述取样容器包括：容器筒体，所述容器筒体的侧壁设有与取样管密封配合的插入孔；与容器筒体相适配的容器盖体，所述容器筒体与容器盖体之间密封装配有所述透光件，且透光件设为光学玻璃。进一步地，所述装置还包括：主控平台，所述主控平台分别与打孔激光器、焊封激光器和真空系统通信连接，以便用户操控激光进行微孔加工、内部气氛取样以及焊封整个流程。进一步地，所述取样分析系统包括：与取样容器内部连通的取样管路，所述取样管路上设有取样阀门，以实现对取样容器的内部气氛取样；所述真空系统包括：与取样容器内部连通的真空管路，所述真空管路上设有真空阀门，以实现对取样容器的内部抽为低真空状态。进一步地，所述打孔激光器设为皮秒激光器，且皮秒激光器的打孔激光头通过所述透光件对取样管打孔，激光打孔加工对取样管其余部位几乎没有损伤；所述焊封激光器设为YAG激光器，且YAG激光器的焊封激光头通过所述透光件对取样管的微孔焊封，其焊缝力学性能好，热影响区小，不会对所涉及的取样管带来损伤。进一步地，所述装置还包括：工作台，所述工作台上设有T型台面；设于T型台面上的固定工装，通过固定工装将取样容器和带有取样管的产品固定安装于T型台面上；通过对取样容器和带有取样管的产品进行稳定装配，有利于加工精度，确保打孔和焊封的高效完成。进一步地，所述装置还包括：龙门架，所述龙门架上设有所述打孔激光头和焊封激光头，并通过龙门架调整打孔激光头或焊封激光头的位置以对准所述透光件，以通过龙门结构实现加工位置的有效、准确调节。在本专利技术中还提供了一种小管原位激光打孔取样与焊封的方法，该方法应用于上述所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，该方法包括：S1：对取样管的外壁与取样容器的内壁进行去油处理；S2：将取样管插入取样容器内且取样管与取样容器的装配处密封；S3：启动真空系统，将取样容器内的气体抽出并使取样容器内处于低真空状态；S4：关闭真空系统，通过打孔激光器透过透光件作用于取样管，并在取样管的一侧形成贯穿微孔；S5：启动取样分析系统，并对取样管的内部气氛与取样容器达到平衡后的气氛取样；S6：关闭取样分析系统，通过焊封激光器透过透光件作用于取样管上的微孔，并对微孔进行焊封。进一步地，所述取样管的加工位置到透光件的下端面之间的距离选择为30mm～50mm；一方面，能够满足在加工过程视觉系统的成像清晰，另一方面，加工激光能量又不会损伤光学玻璃。进一步地，在步骤S4中，所述打孔激光器中所采用的3D振镜的透镜焦距为F100，波长为350nm，功率为10W～12W；且打孔激光器的切孔方式为螺旋线，螺旋线间距选择5um，直径0.09mm，加工数目500～600；采用超快激光的高峰值功率作用于不锈钢或其它金属材料的取样管表面，通过断键作用使加工材料气化或离子化实现对金属材料的去除，在加工微孔过程中，被去除的材料极少，微孔的入口孔径为0.15mm，出口孔径为0.08mm，不会使取样管内部气氛发生改变，激光对取样管其余部位几乎没有损伤。进一步地，在步骤S6中，焊封激光器的激光焊接头焦距为F210mm，波长为1064nm，毫秒脉冲激光功率选择1500W～1800W，波形为矩形波，脉冲长度为2.5ms～3.5ms，采用波长1064nm长脉冲激光对微孔进行焊封，所得焊缝的深宽比大，焊缝力学性能好，热影响区小，经过激光微孔加工-内部气氛取样-焊封这一复杂过程不会对所涉及的产品带来损伤。本专利技术的有益效果为：1.采用本专利技术所提供的小管原位激光打孔取样与焊封的装置及方法，在加工微孔的过程中，被去除的微孔材料极少，激光加工微孔的入口孔径为0.15mm，出口孔径为0.08mm，不会使取样产品内部气氛发生改变，激光对小管其余部位几乎没有损伤，且采用长脉冲激光对微孔进行焊封，所获得焊缝的深宽比大，焊缝力学性能好，热影响区小，不影响相关产品的后续使用，进而既能实现精密微孔加工，又能实现焊封要求的一体化设计，以便实现激光打孔、取样及焊封的技术集成，激光微孔加工-内部气氛取样-焊封这一复杂过程不会对所涉及的产品带来损伤，保障了功能产品的继续可靠服役。附图说明图1是本专利技术所提供的小管原位激光打孔取样与焊封的装置整体系统结构示意图；附图中标注如下：1-产品、11-取样管、2-取样容器、21-光学玻璃、22-容器筒体、23-插入孔、3-固定工装，4-工作台、41-T型台面、42-龙门架、5-皮秒激光器、51-打孔激光头、6-YAG激光器、61-焊封激光头、7-取样分析系统、8-真空系统、81-真空阀门、82-取样阀门、9-主控平台。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，该装置包括：/n内部中空且密封设置的取样容器，所述取样容器设有至少一透光件，取样容器的一侧设有插入其内部的取样管，且取样管的插入部分与透光件正对对应。/n与取样容器内部连通的取样分析系统和真空系统；/n打孔激光器和焊封激光器，所述打孔激光器和焊封激光器通过透光件分别对取样管进行打孔和焊封。/n

【技术特征摘要】
1.一种小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，该装置包括：
内部中空且密封设置的取样容器，所述取样容器设有至少一透光件，取样容器的一侧设有插入其内部的取样管，且取样管的插入部分与透光件正对对应。
与取样容器内部连通的取样分析系统和真空系统；
打孔激光器和焊封激光器，所述打孔激光器和焊封激光器通过透光件分别对取样管进行打孔和焊封。


2.根据权利要求1所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，所述取样容器包括：
容器筒体，所述容器筒体的侧壁设有与取样管密封配合的插入孔；
与容器筒体相适配的容器盖体，所述容器筒体与容器盖体之间密封装配有所述透光件，且透光件设为光学玻璃。


3.根据权利要求1所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，所述装置还包括：
主控平台，所述主控平台分别与打孔激光器、焊封激光器和真空系统通信连接。


4.根据权利要求1所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，所述取样分析系统包括：与取样容器内部连通的取样管路，所述取样管路上设有取样阀门；
所述真空系统包括：与取样容器内部连通的真空管路，所述真空管路上设有真空阀门。


5.根据权利要求1所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，所述打孔激光器设为皮秒激光器，且皮秒激光器的打孔激光头通过透光件对取样管打孔；所述焊封激光器设为YAG激光器，且YAG激光器的焊封激光头通过透光件对取样管的微孔焊封。


6.根据权利要求1所述的小管原位激光打孔取样与焊封的装置，其特征在于，所述装置还包括：
工作台，所述工作台上设有T型台面；
设于T型台面上的固定工装，通过固定工装将取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盛和，罗文华，郭兴根，罗学建，李明伟，邓辉，程亮，吕学超，窦作勇，何建军，许崇林，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51