玻璃体及光斑可调的复合激光焊接系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种玻璃体及光斑可调的复合激光焊接系统，所述玻璃体为多面体结构，包括至少一输入端面和一输出端面，所述输入端面上对接有多根与激光器连接的输出光纤，所述焊接系统采用全光纤结构，将不同波长、不同能量密度的光通过玻璃体进行光斑复合，基于复合光斑实现深熔焊，能够在提高激光焊接效率的前提下，减少焊接缺陷，改善焊缝成形，同时减少焊接应力和形变。少焊接应力和形变。少焊接应力和形变。

【技术实现步骤摘要】
玻璃体及光斑可调的复合激光焊接系统


[0001]本技术属于激光焊接领域，更具体地，涉及一种玻璃体及光斑可调的复合激光焊接系统。

技术介绍

[0002]激光深熔焊接，或称作深度穿透焊接。常见于以高激光功率焊接较厚的材料。深熔焊激光需要较高的激光光斑功率密度，激光束聚焦的部位会使金属气化，令金属熔池中出现一个盲孔(即深熔孔)，金属蒸气压力会挡住周围熔化的金属，使盲孔在焊接过程中始终处于开口状态，激光功率主要在蒸气与熔体边界和深熔孔壁处被熔体吸收，聚焦的激光束和深熔孔沿焊接轨迹持续移动，焊接材料在深熔孔前方熔化，并在后面重新凝固形成焊缝。
[0003]金属材料对激光器的吸收率和金属的温度有关，一旦出现小孔，材料对激光的吸收率将发生突变，其吸收率几乎不再与激光波长、金属特性和材料表面状态有关。因此一般激光深熔焊接，需要将激光功率密度达到小孔形成的能量要求，才能充分发挥激光焊接的优势。
[0004]但是，高能激光在金属上形成的小孔直径较小，能量密度高，一方面小孔会产生周期性不稳定，焊接过程会伴随产生熔融金属飞溅物；另一方面，焊缝受热、冷却过程过快，内部容易产生细小气泡等缺陷。现有技术中，常将激光和半导体双光束同时作用在金属材料上进行焊接，利用半导体光斑能量密度较低，光斑面积较大，可作用在金属材料上起到预热和退火的作用，从而减少激光焊接过程中产生的飞溅及焊缝缺陷等问题。
[0005]然而，在焊接过程中，不同的材料对光斑能量分布的要求不同，只有能量密度最高点位于工件表面内合适的位置，所得焊缝才能形成平行断面,并获得最大熔深，目前多是通过调节激光器输出功率来改变光斑的能量分布，能量分布改变有限，不能完全满足实际加工过程中的需要，因此需要设计能够灵活控制光斑能量分布的激光焊接系统。

技术实现思路

[0006]本技术鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种可控制光斑能量分布的激光复合焊接系统，通过灵活改变激光器输出光的位置，生成具有不同能量分布的光斑类型，以适应不同的焊接应用需求。
[0007]本技术的技术方案是：为解决上述技术问题，提供一种玻璃体，用于光斑可调的复合激光焊接系统，所述玻璃体为多面体结构，包括至少一输入端面和一输出端面，所述输入端面上对接有多根与激光器连接的输出光纤。
[0008]在一些实施例中，所述输出光纤与所述玻璃体的对接位置可根据需要的光斑能量分布以预定的顺序和形状进行排列组合。
[0009]在一些实施例中，所述输出光纤为直接熔接固定于玻璃体的输入端面。在一些实施例中，所述输出光纤通过光纤连接器与所述玻璃体实现光路连接。
[0010]在一些实施例中，所述输出光纤与所述玻璃体之间为空间耦合连接。
[0011]在一些实施例中，所述输入端面上设置有至少一向内凹陷或向外凸起的光纤耦合连接端位。
[0012]在一些实施例中，所述玻璃体可根据需要进行移动调节，以改变所述输出光纤对接在所述玻璃体输入端面上的位置。
[0013]在一些实施例中，所述输入端面和所述输出端面为平面或曲面，所述输入端面垂直于中心光轴或与中心光轴保持预定倾斜角度，所述输出端面与中心光轴垂直。
[0014]在一些实施例中，所述玻璃体的输入端面为多个时，所述输入端面之间为平行或非平行。
[0015]本技术还提供了一种光斑可调的复合激光焊接系统，采用以上所述的玻璃体。
[0016]本技术的有益效果是：提出了一种玻璃体及应用该玻璃体的复合激光焊接系统，采用全光纤结构，将多种不同波长、不同能量密度的激光复合输出，同时通过灵活改变激光在玻璃体上入射位置，来控制输出光斑的能量分布，从而严格控制焊接材料的预热和退火时间，做到精密焊接，以适应不同的焊接应用需求。
附图说明
[0017]图1是本技术提供的可控制光斑能量分布的激光焊接系统的光路原理图；
[0018]图2是本技术实施例提供的一种可控制光斑能量分布的激光
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半导体复合激光焊接系统结构示意图；
[0019]图3是本技术实施例提供的一种可控制光斑能量分布的复合激光焊接系统中输出光纤的输出端与玻璃体的连接示意图；
[0020]图4是本技术实施例提供的又一种可控制光斑能量分布的复合激光焊接系统中输出光纤的输出端与玻璃体的连接示意图；
[0021]图5是本技术实施例提供的一种输出光纤的输出端与玻璃体端面的连接结构示意图；
[0022]图6是本技术实施例提供的又一种输出光纤的输出端与玻璃体端面的连接结构示意图；
[0023]图7是本技术实施例提供的一种采用光纤连接器的复合激光焊接系统结构示意图；
[0024]图8是图5提供的一种采用光纤连接器的复合激光焊接系统结构示意图中一种带连接尾纤的玻璃体示意图；
[0025]图9是本技术实施例提供的一种采用空间耦合方式的复合激光焊接系统结构示意图；
[0026]图10是图9提供的一种采用空间耦合方式的复合激光焊接系统结构示意图中一种带连接尾纤的玻璃体示意图；
[0027]图11是本技术实施例提供的一种用于精密焊接的全光纤结构的高功率复合激光焊接系统；
[0028]图12是图11中复合激光焊接系统生成的复合光斑示意图；
[0029]图13是图11中复合激光焊接系统生成的复合光斑的能量分布图；
[0030]图14是可控制光斑能量分布的复合激光焊接方法的流程示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]图1是本技术实施例中实现可调光斑的光路结构原理图。所述光路结构10包括至少一第一激光器11、至少一第二激光器12、与所述第一激光器11连接的至少一第一输出光纤13、与所述第二激光器12连接的至少一第二输出光纤14，以及玻璃体15。其中，所述第一激光器11通过第一输出光纤13输出第一激光，所述第二激光器12通过第二输出光纤14输出第二激光，所述第一激光和第二激光入射玻璃体15后经拓束形成一复合激光光斑。所述复合光斑的能量分布可通过改变所述第一激光和第二激光入射所述玻璃体的位置进行调整。
[0033]玻璃体通常采用二氧化碳激光器或金刚石对石英体车削加工制成，通过熔接固定于用于传输光束的输出光纤的端部。本技术实施例中，通过调整所述第一输出光纤和第二输出光纤在所述玻璃体的对接位置，改变输出光斑的形状，实现对复合光斑能量分布的灵活控制。
[0034]其中，所述第一激光和第二激光可以为不同功率的同一波长激光，也可以为不同波长激光；用于传输所述第一激光和第二激光的第一输出光纤和第二输出光纤可以直接熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃体，用于光斑可调的复合激光焊接系统，其特征在于，所述玻璃体为多面体结构，包括至少一输入端面和一输出端面，所述输入端面上对接有多根与激光器连接的输出光纤。2.根据权利要求1所述的玻璃体，其特征在于，所述输出光纤与所述玻璃体的对接位置可以预定的顺序和形状进行排列组合。3.根据权利要求1或2所述的玻璃体，其特征在于，所述输出光纤为直接熔接固定于玻璃体的输入端面。4.根据权利要求1或2所述的玻璃体，其特征在于，所述输出光纤通过光纤连接器与所述玻璃体实现光路连接。5.根据权利要求1或2所述的玻璃体，其特征在于，所述输出光纤与所述玻璃体之间为空间耦合连接。6.根据权利要求3所述的玻璃体，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋峰，张心贲，杨笛，吕张勇，
申请(专利权)人：武汉创鑫激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：