[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

说明书

本发明公开了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，焊接头包括入射套筒、出射套筒和连接套筒，所述连接套筒分别与入射套筒和出射套筒垂直连接，所述入射套筒的入口处连接准直镜，所述入射套筒和连接套筒的衔接处设置有呈45°设置的平面反射镜，所述连接套筒和出射套筒的衔接处设置有双旋转对称抛物面反射镜，所述双旋转对称抛物面反射镜的曲面包括第一旋转对称抛物面和第二旋转对称抛物面，所述出射套筒的外侧倾斜固定设置有送丝机构且送丝机构输送焊丝至被焊板的表面，本发明利用双旋转对称抛物面反射镜形成两个等离子体匙孔，将厚板熔透，避免了因焦深不足在焊接厚板时出现上面熔化而下面不熔化的情况，而且不需要开坡口。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其是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。

背景技术

根据GB/T 14574-2016《钢产品分类》，厚板通常是指厚度在20mm以上的钢板。用传统的电弧焊或者等离子焊等方法焊接厚板，通常需要开坡口，这是因为这类热源的汇聚性、准直度不高，焊接时熔深不足，即焊缝的深宽比不够大，背面无法一次性熔透，或背面焊缝成形不好，导致焊接质量无法保证。激光具有很好的方向性、准直度和很高的功率密度，当功率密度达到106W/cm2以上量级时，激光与材料相互作用将产生等离子体，形成匙孔效应，实现深熔焊，焊缝深宽比达到10:1以上，远远超过电弧焊或等离子焊的深宽比。因此，在很多情况下无需开坡口，直接完成厚度20mm以上的钢板焊接，节省了工序和工时，提高了生产效率。然而，如果板厚超过30mm，甚至达到100mm以上，激光焊接也需要开坡口。这是因为激光焦点受到镜头焦深的限制，现有的激光聚焦镜很难获得100mm量级的焦深。中国专利CN201711214448.2公开了“一种双焦点高速激光熔覆方法”，该方法采用双曲率透镜实现了对平行入射光的双聚焦。但是，激光焊接厚板需要很高的激光功率，透镜很难实现良好的冷却。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供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，利用双旋转对称抛物面反射镜形成两个等离子体匙孔，将厚板熔透，完成焊接，避免了因焦深不足在焊接厚板时出现上面熔化而下面不熔化的情况，而且一般不需要开坡口。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接头，包括设置于被焊板上方的入射套筒、出射套筒和连接套筒，所述入射套筒和出射套筒平行设置，所述连接套筒分别与入射套筒和出射套筒垂直连接且入射套筒、出射套筒和连接套筒连通形成内径相同的空腔，所述入射套筒的入口处连接准直镜且准直镜的准直镜片与入射套筒的轴线平行，所述入射套筒和连接套筒的衔接处设置有平面反射镜且平面反射镜与入射套筒的轴线呈45°设置，所述连接套筒和出射套筒的衔接处设置有双旋转对称抛物面反射镜，所述双旋转对称抛物面反射镜的曲面包括第一旋转对称抛物面和第二旋转对称抛物面，所述出射套筒的外侧倾斜固定设置有送丝机构且送丝机构输送焊丝至被焊板的表面。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述平面反射镜和双旋转对称抛物面反射镜的背面均设置有循环水路。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述平面反射镜和双旋转对称抛物面反射镜的材质为紫铜。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述送丝机构包括送丝机构本体和固定设置于送丝机构本体中部的送丝导管，所述送丝导管采用同轴双层导管且导管中心用于输送焊丝、导管夹层用于通保护气体。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述保护气体为氩气。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述出射套筒的出口处设置有保护镜片。

本发明技术方案的进一步改进在于：一种基于双焦点反射镜的厚金属板激光焊接方法，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对接深熔焊所必须的焦点距离d₁：

d₁＝kD，