[发明专利]一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置及方法

权利要求书

1.一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置及方法，其特征在于，包括光纤-蓝光半导体激光复合系统(1)、激光焊接系统(2)、熔池形貌及温度监测器(3)、能量智能分配系统(4)和箱体(5)；

所述光纤-蓝光半导体激光复合系统(1)用于将光纤激光束(17)与蓝光半导体激光束(12)进行同轴复合形成复合激光束；

所述激光焊接系统(2)用于异种材料焊接时调整光斑位置、改变激光能量分布，通过所述能量智能分配系统(4)无线控制移动装置(22)调整锥形反射镜(21)相对位置，使复合激光光束中心轴与锥形反射镜(21)中心轴分离，复合激光束经锥形反射镜(21)向360°发散，再经45°环形反射镜(23)反射形成环状光路，然后经平面透镜(24)透过、聚焦透镜(25)聚焦至工件，调整后的激光光斑能量最高点与光斑中点位置偏离；

所述能量智能分配系统(4)无线连接激光焊接系统(2)和熔池形貌及温度监测器(3)，用于智能调控激光能量在两侧母材的分配比例，通过在系统中输入待焊材料的牌号及成分，与系统中数据库匹配得到待焊材料熔点；调用熔点与锥形反射镜(21)移动距离d的映射关系得到移动策略；能量智能分配系统(4)根据移动策略无线控制移动装置(22)实现能量智能分配；焊接过程中能量智能分配系统(4)接收熔池形貌及温度监测器(3)的熔池尺寸及最高温度稳定性的反馈，通过移动装置(22)智能调整锥形反射镜的移动策略；所述熔点与锥形反射镜移动距离d映射关系如下所示：

其中：r为光纤激光器输出的光斑半径，d为锥形反射镜移动距离，k为相关系数，T1为高熔点材料的熔点，T2为低熔点材料的熔点。

2.根据权利要求1所述的一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置，其特征在于，所述蓝光半导体激光器(11)输出的蓝光半导体激光束(12)经过平面透镜(13)透过、准直透镜(14)校直、45°反射镜(15)反射、单面透镜(18)反射后，与光纤激光器(16)输出的光纤激光束(17)在单面透镜(18)处汇聚形成同轴的复合激光束。

3.根据权利要求1所述的一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置，其特征在于，所述移动装置(22)固定于平面透镜(24)上方，通过能量智能分配系统(4)无线控制电机(221)，使得滚珠螺母(222)在丝杆(224)和滑轨(223)中移动，滚珠螺母(222)带动锥形反射镜(21)移动；所述锥形反射镜(21)底面可以是圆形、椭圆、其他抛物线，以针对不同坡口、间隙的情况。

4.根据权利要求1所述的一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置，其特征在于，所述熔池形貌及温度监测器(3)用于监测焊接过程熔池形貌及温度，将采集熔池尺寸及最高温度作为输入参数，依据目标熔池尺寸及最高温度稳定性将反馈传输至能量智能分配系统(4)。

5.一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配方法，其特征在于，其采用根据权利要求1-4之一所述的光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置进行异种材料焊接。

6.根据权利要求5所述的一种光纤-蓝光半导体复合激光焊接能量智能分配装置及方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，固定待焊的高熔点材料和低熔点材料；所述高熔点材料为钛合金、钢、铜合金或者镍基合金，低熔点材料为铝合金；

第二步，在能量智能分配系统(4)中输入待焊材料的牌号及成分，调用数据库，若材料牌号在数据库中，则调用数据库中存储的材料熔点；若材料牌号不在数据库中，则调用数据库中最相近的材料成分及熔点，通过差值计算待焊材料熔点；基于熔点与锥形反射镜(21)移动距离d的映射关系得到移动装置(22)的移动策略；通过能量智能分配系统(4)无线控制移动装置(22)执行锥形反射镜(21)移动距离d的动作；所述锥形反射镜(21)可调范围为±500μm；

第三步，将复合激光光斑中心与焊缝重合，控制光纤激光器(16)、蓝光半导体激光器(11)出光，开始焊接；所述光纤激光器的功率为0～6000W，光纤激光器产生的激光波长为1050～1100nm，输出光束直径为100μm；所述蓝光半导体激光器的功率为0～1000W，蓝光半导体激光器产生的激光波长为400～450nm，输出光束直径为400μm；

第四步，焊接过程中熔池形貌及温度监测器(3)实时监测熔池形貌及温度，采集熔池尺寸及最高温度作为输入参数，依据目标熔池尺寸及最高温度稳定性将反馈传输至能量能量智能分配系统(4)；能量智能分配系统(4)接收反馈，输出调控策略，控制移动装置(22)执行操作；

第五步，熔池形貌及温度监测器(3)继续监测熔池形貌及温度，向能量智能分配系统(4)实时反馈，直至焊接结束，光纤激光器(16)、蓝光半导体激光器(11)停止出光。