[发明专利]激光双光束焊接设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种激光双光束焊接设备及方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，相比其他焊接方法具有其独特的优点，可较好地应用于微、小型零件的精密焊接中。

现有的激光焊接设备及方法，一般包括了单光束焊接、双光束焊接、或旋转光束焊接等方法。传统的单光束焊接的缺点是，因激光光斑直径较小、热作用区域小，在进行窄间隙焊接时易出现侧壁未熔合现象，影响焊接质量。与之相比，传统的并行双光束方式焊接，可以对激光束能量密度分布进行初步整形，但是双光束对能量密度整形能力有限，因而两束激光的分布间距较难把握，两束激光分布间距过小则达不到避免侧壁未熔合的缺陷的目的，而两束激光分布间距过大，虽然可以明显增加激光的热作用区域，控制两激光束作用在焊缝熔池两侧，但会造成熔池中心没有激光束直接热作用。然而由于实际焊接过程中，填充焊丝一般位于焊缝中心，分布于侧壁两侧的激光束未必能够提供充足的热量熔化焊丝，焊丝熔化不充分直接影响到焊接过程的稳定性，熔敷金属填充量较少，容易产生焊丝抖动、未熔化焊丝凝固于熔池中等问题，直接造成填丝过程终止。

采用旋转光束或移动光束进行焊接时，由于光束的旋转或移动，光束能对焊缝熔池起到一定的束流搅拌作用，可减少焊缝气孔，但是光束的移动改变了光束与焊丝的间距，降低了焊丝熔滴过渡的稳定性，仍然会使焊丝填充效果受到影响。

因此，现有的焊接设备及方法在焊接的稳定性等方面均存在一定的不足，这些不足在窄间隙的激光填丝焊接中显得尤为明显，因而亟需一种能够提供更好的焊接稳定性的激光焊接设备及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的激光焊接中焊接质量不够高、焊接过程的稳定性不足、焊丝填充效果不佳等缺陷，提出一种激光双光束焊接设备及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种激光双光束焊接设备，其特点在于，包括一分束器和一激光扫描装置，该分束器用于将传输至其的初始激光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束用于作用于焊料，该激光扫描装置用于将传输入的第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束，其中摆动光束用于作用于待焊区域。

较佳地，该激光扫描装置包括一反射镜和一控制装置，该反射镜用于反射第二光束，该控制装置用于控制该反射镜在预设的一摆动角度范围内摆动，以使得该反射镜反射出方向和第一光束的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束。

较佳地，该控制装置包括一可伸缩传动杆和一步进电机，该步进电机用于驱动该可伸缩传动杆的伸缩，该可伸缩传动杆一端固定、另一端连接该反射镜。

较佳地，摆动光束所处的平面与第一光束的传播方向大致平行。

较佳地，该激光双光束焊接设备还包括一激光器，该激光器用于产生准直的初始激光束并传输向该分束器。

较佳地，该激光双光束焊接设备还包括一凸透镜，该反射镜为一反射聚焦镜，该凸透镜设置于第一光束的传播路径上，该凸透镜用于聚焦第一光束形成第一聚焦光斑以作用于焊料，该反射聚焦镜用于反射出该摆动光束形成第二聚焦光斑以作用于待焊区域。

本发明还提供了一种采用如上所述的激光双光束焊接设备实施的激光双光束焊接方法，且待焊区域位于窄间隙坡口或大间隙的平板对接板型结构中。

本发明还提供了一种激光双光束焊接方法，其特点在于，包括以下步骤：

产生一初始激光束；

将该初始激光束分束成第一光束和第二光束；

将第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束；

分别聚焦第一光束和摆动光束以形成第一聚焦光斑和第二聚焦光斑，并使得第一聚焦光斑作用于焊料、第二聚焦光斑作用于待焊区域。

较佳地，通过控制一反射镜在预设的一摆动角度范围内摆动并反射第二光束，以扫描得到方向和第一光束的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束。

较佳地，摆动光束所处的平面与第一光束的传播方向大致平行。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：