[发明专利]一种超声辅助激光焊接装置与方法

权利要求书

1.一种超声辅助激光焊接装置，其特征在于：包括超声波发生器(4)、激光头(1)、激光发生器、超声振动装置和振动传导装置；所述超声振动装置包括换能器(3)，所述振动传导装置包括变幅杆(2)；所述超声波发生器(4)与换能器(3)连接；所述变幅杆(2)的一端与换能器(3)连接，其另一端与激光头(1)连接，所述激光头(1)与激光发生器通过激光传输装置连接；

所述换能器(3)的数量为两个，两个所述换能器(3)处于同一平面、相互垂直并且均垂直于激光发生器的轴线；所述振动传导装置包括的变幅杆(2)的数量为两个，两个所述变幅杆(2)分别与两个所述换能器(3)同轴连接；

以两个所述变幅杆(2)的放大倍数分别为m和n，所述超声波发生器(4)同时输出两路频率和幅值相同高频交流电，交流电的相位差是π/2，以实现当超声波发生器(4)产生2路相位差为π/2的高频信号且两变幅杆(2)的放大倍数m＝n时，激光束的振动轨迹为圆形；或者以实现当超声波发生器(4)产生2路相位差为π/2的高频信号且两变幅杆的放大倍数m≠n时，激光束的振动轨迹为椭圆形。

2.根据权利要求1所述超声辅助激光焊接装置，其特征在于：所述变幅杆(2)与激光头(1)通过可拆卸机构机械耦合连接。

3.根据权利要求1所述超声辅助激光焊接装置，其特征在于：所述变幅杆(2)的材料是粉末冶金钢或钛合金或铝合金。

4.根据权利要求1所述超声辅助激光焊接装置，其特征在于：所述换能器(3)为压电换能器或磁致伸缩换能器。

5.一种超声辅助激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：工频交流电经过超声发生器(4)后转换为高频交流电，高频交流电通过换能器(3)转换为同频超声振动；

步骤二：换能器(3)发出的超声振动经过变幅杆(2)进行放大，变幅杆(2)振动通过与机械耦合结构传递到激光头(1)；

步骤三：焊接时，激光发生器产生激光，保护气体输入激光头(1)，激光头(1)对激光束进行聚焦，产生焊接所需激光束，超声振动通过激光头(1)传递到激光束和焊接熔池；

所述换能器(3)和变幅杆(2)设有的数量均为两个，所述超声发生器(4)能够输出1路或2路高频信号到变幅杆(2)，两个所述变幅杆(2)能够分别放大两个所述换能器(3)发出的超声振动；两个所述换能器(3)处于同一平面、相互垂直并且均垂直于激光发生器的轴线；以两个所述变幅杆(2)的放大倍数分别为m和n，通过控制两组超声振动的振幅和振动的相位差，使激光头呈圆形、椭圆形轨迹振动，从而实现光斑在同一平面沿圆形、椭圆形轨迹振动：即当超声发生器产生2路相位差为π/2的高频信号，且两变幅杆的放大倍数m＝n时，激光束的振动轨迹为圆形；当超声发生器产生2路相位差为π/2的高频信号，且两变幅杆的放大倍数m≠n时，激光束的振动轨迹为椭圆形。

6.根据权利要求5所述超声辅助激光焊接方法，其特征在于：所述步骤一中超声发生器(4)的功率为50～3000W，频率为20～200KHz；当超声发生器(4)发出2路高频交流电时，两路交流电相位差设置为0或π/2；两个所述换能器(3)型号相同；所述步骤二中变幅杆(2)放大后的超声振动振幅为1～100μm。

7.根据权利要求5所述超声辅助激光焊接方法，其特征在于：所述步骤三中激光发生器为CO₂激光器或Nd:YAG激光器或半导体激光器或光纤激光器，输出方式为脉冲或连续；激光发生器的输出功率为100～10000W；保护气体为氦或氩气，气体流量为1～100L/min。