真空激光焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种真空激光焊接系统及方法，通过将待焊接工件完全置于真空环境中进行焊接，抑制激光焊接过程中的等离子产生，并通过设置的反光装置，将穿透待焊接工件的一部分激光反射至待焊接工件的背部，促使焊件背部成型，并进一步抑制等离子体，增加焊接熔深，取得良好的焊缝成型的效果法，保证了激光焊接质量的同时，也提升了焊接效率及焊接设备的使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
真空激光焊接系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光焊接
，具体而言涉及一种真空激光焊接系统及方法。

技术介绍

[0002]铝合金作为一种被广泛应用于航空航天、汽车、国防等领域的材料，其不仅具有良好的导电性、导热性，还具有较高的比强度、比刚度，同时其也具有较好的耐蚀性和可加工性。但在其大功率激光深熔焊过程中，由于高能量密度的激光束对金属材料表面的作用，导致金属材料急剧气化，在母材激光作用区域形成匙孔，大量的金属蒸气从匙孔中向外喷射，其中部分金属气体原子和保护气体分子吸收激光能量后发生电离，形成光致等离子体。
[0003]等离子体内部包含大量带电粒子和未电离的金属蒸气颗粒，激光作为一种电磁波在等离子体内传播时，会与这些粒子发生交互作用，宏观上体现为吸收、散射和折射等损耗效应，进而影响到焊缝成形。这种等离子体改变焊接激光光束质量，降低激光到达工件表面的能量，甚至造成焊接过程的中断而无法获得更深的深熔焊接头现象叫激光焊接的“等离子体屏蔽效应”。
[0004]目前，激光焊接过程中控制光致等离子体的方法很多，例如：激光摆动法、脉冲激光焊接法和侧吹辅助气体法等，但是这些方法都受到一定的限制，而无法获得明显增加焊接熔深，取得良好焊缝成形的效果。因此，亟需一种稳定抑制等离子体的方法。
[0005]公开号为CN103658984A的中国专利公开了一种激光焊接等离子体侧吸负压装置及激光焊接系统，包括透镜模块和负压模块，所述透镜模块和所述负压模块连接，其中，所述透镜模块，用于固定透镜；所述负压模块，用于使焊缝上方形成负压环境；所述负压模块包括负压腔和与所述负压腔连通的抽气管，所述透镜模块设置在所述负压腔的上部，所述负压腔的下部可与待焊接构件接触，所述抽气管设置在所述负压腔的侧壁，通过抽气装置与所述抽气管连接可使所述负压腔内形成负压环境，进而抑制等离子体。但这种系统存在以下缺陷：
[0006]1、由于该装置是在焊缝上方形成负压环境，对于母材背部保护效果不佳，特别是对于焊接铝合金、铜合金等流动性大的金属存在一定影响。
[0007]2、由于该装置固定在焊缝上方，因此对于焊接工件的大小存在限制，无法焊接大型结构件；同时在焊接其他工件时需要重新安装负压装置，无法一次焊接多个工件，工作效率低。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种真空激光焊接系统及方法，在真空环境中进行激光焊接，抑制激光焊接过程中等离子体的产生，通过反光装置保证待焊接工件的正面和背面同时成型，增加焊接熔深，取得良好的焊缝成型的效果法，保证了激光焊接质量的同时，也提升了焊接效率及焊接设备的使用寿命。
[0009]根据本专利技术目的的第一方面，提供一种真空激光焊接系统，包括：
[0010]真空舱室，所述真空舱室内设有激光加工头，用于对待焊接工件进行激光焊接；
[0011]工作平台，包括焊接基板，所述焊接基板上设有多个焊接凸台，所述焊接凸台之间设有反光装置，待焊接工件置于焊接凸台上，并使待焊接工件的第一面面向激光加工头，待焊接工件的第二面面向反光装置；
[0012]所述反光装置包括第一反光板和第二反光板，所述第一反光板和第二反光板通过转轴连接，第一反光板和第二反光板绕所述转轴转动，并使第一反光板和第二反光板之间形成0～180
°
之间的任意角度；
[0013]所述焊接基板通过轨道由外部送至真空舱室内，并将待焊接工件需焊接处置于激光加工头下；
[0014]泵组，用于降低所述真空舱室内的压力，使真空舱室内保持所需真空状态；
[0015]水冷系统，用于对激光加工头进行冷却；
[0016]真空测控系统，通过负压传感器实时监控真空舱室内的负压值，并传输至监控系统；
[0017]控制系统，用于控制焊接基板和泵组的运行、真空舱室门和阀门的开启、关闭，各参数的实时变化的监控和调整。
[0018]优选地，第一反光板和第二反光板之间形成得到角度为30～60
°
。
[0019]优选地，第一反光板和第二反光板均为铜制反光板。
[0020]优选地，真空舱室内的负压值≤100Pa。
[0021]优选地，激光加工头的正下方设有保护挡板，用于防止激光反射烧毁激光保护镜片。
[0022]优选地，激光加工头的倾角为13
°
。
[0023]优选地，所述焊接平台还设有基台，所述基台上设有第一轨道，焊接基板通过所述第一轨道行驶至真空舱室内的第二轨道上。
[0024]优选地，真空激光焊接系统还设有PLC控制系统，用于控制真空激光焊接系统的启动和停止。
[0025]根据本专利技术目的的第二方面，提供一种采用前述真空激光焊接系统的真空焊接方法，包括以下步骤：
[0026]检查并确认真空激光焊接系统各部件是否正常工作，待确认可正常工作后，调整反光装置，使第一反光板和第二反光板之间呈所需角度；
[0027]将待焊接工件置于焊接凸台上，使待焊接工件位于反光装置的上方，并使待焊接工件的需焊接处与转轴对齐，通过控制系统使焊接基板通过第一轨道行驶至真空舱室内的第二轨道上，使待焊接工件位于激光加工头下；
[0028]根据待焊接工件的尺寸调整光斑路径及离焦量，使激光加工头与工件需焊接处对齐，从而确定激光光斑的初始坐标，并确定焊接参数，将初始坐标和焊接参数输入控制系统后，关闭真空舱室的仓门，关闭空气补气阀、氩气补气阀，打开泵组，将真空舱室内的负压调整为负压值≤100Pa后，开始进行激光焊接；
[0029]通过在负压值≤100Pa的模式下，结合反光装置，抑制了激光焊接形成的等离子体，且待焊接工件的背面同时成型。
[0030]优选地，焊接参数如下：
[0031]激光功率20
‑
25kW、焊接速度3.0
‑
4.0m/min、离焦量为
‑
10mm、激光倾斜角度13
°
。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的显著有益效果在于：
[0033]本专利技术的真空激光焊接系统，采用将激光加工头置于真空舱室中，并通过降低舱内负压至真空，达到了抑制等离子体的目的，增加焊接熔深；实现稳定良好的焊接；同时，采用反光装置，将穿透待焊接工件的一部分激光反射至待焊接工件的背部，其中绝大多数反射激光将反射至焊缝背面区域，这将促使熔池正反两面获得相近的热输入，降低热输入差值，进而进一步抑制等离子体，并促使焊缝成型；如此，保证了焊接质量，提高了焊接效率。
[0034]采用本专利技术的真空激光焊接系统，有效解决了高功率激光焊接过程中，高温等离子体的存在严重影响焊接质量，以及设备使用寿命及在真空焊接过程中效率低下的问题，且可实现大型构件的焊接及多个不同部件的焊接，提高了工作效率。
附图说明
[0035]图1是本专利技术的真空激光焊接系统的结构示意图。
[0036]图2是本专利技术的焊接基板的结构示意图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空激光焊接系统，其特征在于，包括：真空舱室，所述真空舱室内设有激光加工头，用于对待焊接工件进行激光焊接；工作平台，包括焊接基板，所述焊接基板上设有多个焊接凸台，所述焊接凸台之间设有反光装置，待焊接工件置于焊接凸台上，并使待焊接工件的第一面面向激光加工头，待焊接工件的第二面面向反光装置；所述反光装置包括第一反光板和第二反光板，所述第一反光板和第二反光板通过转轴连接，第一反光板和第二反光板绕所述转轴转动，并使第一反光板和第二反光板之间形成0～180
°
之间的任意角度；所述焊接基板通过轨道由外部送至真空舱室内，并将待焊接工件需焊接处置于激光加工头下；泵组，用于降低所述真空舱室内的压力，使真空舱室内保持所需真空状态；水冷系统，用于对激光加工头进行冷却；真空测控系统，通过负压传感器实时监控真空舱室内的负压值，并传输至监控系统；控制系统，用于控制焊接基板和泵组的运行、真空舱室门和阀门的开启、关闭，各参数的实时变化的监控和调整。2.根据权利要求1所述的真空激光焊接系统，其特征在于，第一反光板和第二反光板之间形成得到角度为30～60
°
。3.根据权利要求1所述的真空激光焊接系统，其特征在于，第一反光板和第二反光板均为铜制反光板。4.根据权利要求1所述的真空激光焊接系统，其特征在于，真空舱室内的负压值≤100Pa。5.根据权利要求1所述的真空激光焊接系统，其特征在于，激光加工头的正下方设有保护挡板，用于防止激光反射烧毁激光保护镜片。6.根据权利要求1所述的真空激光焊接系统，其特征在于，激光加工头的倾角为13
°
。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，张国瑜，李午红，唱丽丽，徐国建，
申请(专利权)人：苏州中科煜宸激光智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：