[发明专利]一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头及焊接方法

权利要求书

1.一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，包括设置于被焊板(10)上方的入射套筒(1)、出射套筒(2)和连接套筒(3)，其特征在于：所述入射套筒(1)和出射套筒(2)平行设置，所述连接套筒(3)分别与入射套筒(1)和出射套筒(2)垂直连接且入射套筒(1)、出射套筒(2)和连接套筒(3)连通形成内径相同的空腔，所述入射套筒(1)的入口处连接准直镜且准直镜的准直镜片与入射套筒(1)的轴线平行，所述入射套筒(1)和连接套筒(3)的衔接处设置有平面反射镜(4)且平面反射镜(4)与入射套筒(1)的轴线呈45°设置，所述连接套筒(3)和出射套筒(2)的衔接处设置有双旋转对称抛物面反射镜(5)，所述双旋转对称抛物面反射镜(5)的曲面包括第一旋转对称抛物面(6)和第二旋转对称抛物面(7)，所述出射套筒(2)的外侧倾斜固定设置有送丝机构(8)且送丝机构(8)输送焊丝(9)至被焊板(10)的表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，其特征在于：所述平面反射镜(4)和双旋转对称抛物面反射镜(5)的背面均设置有循环水路。

3.根据权利要求1所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，其特征在于：所述平面反射镜(4)和双旋转对称抛物面反射镜(5)的材质为紫铜。

4.根据权利要求1所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，其特征在于：所述送丝机构(8)包括送丝机构本体(11)和固定设置于送丝机构本体(11)中部的送丝导管(12)，所述送丝导管(12)采用同轴双层导管且导管中心用于输送焊丝(9)、导管夹层用于通保护气体(13)。

5.根据权利要求4所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，其特征在于：所述保护气体(13)为氩气。

6.根据权利要求1所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，其特征在于：所述出射套筒(2)的出口处设置有保护镜片(14)。

7.一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据激光焊接工艺要求，计算两个等厚的被焊板(10)对接深熔焊所必须的焦点距离d₁：

d₁＝kD，

其中，k＝0.5～0.8，D为被焊板(10)的厚度；

S2：制作双旋转对称抛物面反射镜(5)：

设第一旋转对称抛物面(6)和第二旋转对称抛物面(7)的抛物面方程分别为：

x₁＝g₁(y,z)，

x₂＝g₂(y,z)，

所述第一旋转对称抛物面(6)的焦点为f₁、第二旋转对称抛物面(7)的焦点为f₂，焦点f₁、f₂连线的距离为d且d＝d₁；

S3：将两个等厚的被焊板(10)对接好，然后在两个等厚的被焊板(10)的上方组装好基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，出射套筒(2)的轴线与两个被焊板(10)的焊缝对齐；

S4：接通平面反射镜(4)和双旋转对称抛物面反射镜(5)背面的循环水路，通过送丝机构(8)的送丝导管(12)将焊丝(9)送达两个被焊板(10)的焊缝附近，并在送丝导管(12)的导管夹层通入保护气体(13)；

S5：打开激光，激光束经准直镜后与入射套筒(1)轴线平行入射，照射在平面反射镜(4)上，然后进入连接套筒(3)，再照射到双旋转对称抛物面反射镜(5)上，与连接套筒(3)轴线平行入射的激光经双旋转对称抛物面反射镜(5)反射后，分别被汇聚在两个焦点f₁、f₂上。

8.根据权利要求7所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接方法：其特征在于：所述步骤S2中焦点f₁、f₂的连线与出射套筒(2)中心轴线之间的夹角为α且α的取值范围：-20°≤α≤20°。

9.根据权利要求7所述的一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接方法：其特征在于：所述步骤S2中第一旋转对称抛物面(6)和第二旋转对称抛物面(7)被其对称平面截取的弧长分别为l₁、l₂，当l₁与l₂的连接点处在连接套筒(3)的轴线上时，此时l₁＝l₂，焦点f₁、f₂各自汇聚的激光强度相等；当l₁与l₂的连接点处在连接套筒(3)的轴线上方时，此时l₁＜l₂，焦点f₁汇聚的激光强度小于焦点f₂汇聚的激光强度；当l₁与l₂的连接点处在连接套筒(3)的轴线下方时，此时l₁＞l₂，焦点f₁汇聚的激光强度大于焦点f₂汇聚的激光强度。