专利名称：一种用于激光拼焊设备的激光焊接头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工领域，用于提高激光焊接的质量和激光焊接头的寿命。
背景技术：
在冶金、造船、汽车等国民经济支柱产业中，用激光将比较小的金属板材焊接成比较大的板材或者将比较短的金属板材或带材焊接成比较长的板材或带材是常用的方法，这种生产工艺就被称为激光拼焊。例如，在轧辊将比较厚的板材轧制成比较薄的板材时，为了连续生产，在生产线上广泛用激光将前一卷板材的末端与后一卷板材的前端焊接起来，这种焊接可以使轧制过程按照人们期望的时间一直连续进行，这种生产工艺就被称为在线激光拼焊。激光焊接有很多优势，例如焊接速度高、焊接质量好、焊接强度高、不需要焊接填充料(例如焊条)等等，因此激光拼焊越来越多地替代或淘汰了传统拼焊工艺。然而，激光焊接自身的技术要求也很高，其中关键部件之一——用于焊接的激光焊接头的技术要求是很高的。激光焦点大小的稳定、焦距的稳定、所用的各种光学元件的稳定、整体寿命等都是激光焊接头的重要技术问题。他们直接决定了激光焊接的质量和整个拼焊设备的应用前
旦
ο目前，激光拼焊设备用的激光焊接头都是反射式聚焦的，其原因是在冶金、造船、 汽车等国民经济支柱产业中使用的激光拼焊设备基本都是高功率激光设备。一般透射聚焦必须采用透光的聚焦镜，而透射式聚焦镜的基体是玻璃或晶体等材料，它们的导热性能比较差而且脆性高，在受到焊接残渣喷溅后容易被污染导致基体发热而变形、损坏或炸裂; 反射式聚焦镜的基体是金属材料，它们的导热性能比较高而且不会炸裂，因此在高功率激光焊接中广泛被采用。然而，普通反射式聚焦由于激光焊接头是开放式的，无法实现高压气体保护，只能在焊接点的边沿采用低压气体保护，这种保护只能是保护焊缝不被氧化而不能避免焊接残渣的喷溅污染，也没有解决激光焊接头的光学元件的污染问题，焊接质量的稳定性也得不到可靠的保证而且焊接头的寿命也比较短。这样就需要频繁地更换激光焊接头或其中的光学元件。
实用新型内容针对原有激光焊接头的弱点，本实用新型的目的是提供一种激光焊接头，解决激光焊接头的光学元件的污染问题，保证焊接质量的稳定和延长焊接头的寿命。具体措施是在普通反射式聚焦激光焊接头的基础上增加一个透射窗口将激光焊接头密封，并将一定压力的保护气体吹到光学元件表面并由焊接头的喷嘴喷射出来，足够高的保护气体的气流速度使该焊接头能够有效地保证其光学元件的清洁而不受焊接残渣或空气中灰尘的污染，达到改善激光焊接质量和延长焊接头寿命的目的。本实用新型的具体工作过程如下高功率激光束从激光器自上而下地入射到透射窗口，经过该窗口后又被反射镜反射到聚焦镜，经过聚焦后又由喷嘴出射到达被焊接工件，完成焊接任务；焊接过程中有保护气体由喷嘴喷出，气体的压力可以根据需要确定，基本原则是使气流速度足够大而阻止焊接残渣对光学元件的污染。本实用新型中的透射窗口根据拼焊设备所用的激光器不同而不同。一般有高功率气体激光器、高功率固体激光器、高功率半导体激光器、高功率光纤激光器等激光器可供拼焊设备选用，第一种激光器用或者GaAs窗口，后面几种激光器用玻璃或石英窗口。本实用新型的优点是提高焊接质量和延长激光焊接头寿命。
图1是本实用新型中激光焊接头的示意图。在图1中(1)是反射镜，用于反射激光；(2)是入射激光光线，这里示意说明的是激光光束的外沿光线；(3)是透射窗口，用于透过激光并密封激光焊接头；(4)是保护气体的入口接头，用于连接保护气体；(5)是聚焦镜，用于将激光束聚焦到焊接点；(6)是密封的光筒和喷嘴，用于光学元件与外界有污染物环境的隔离和保护气体的喷射。从图1可以看出，如果没有透射窗口，该激光焊接头就与普通反射式焊接头没有区别，是一个开放的系统，即使该系统中加入保护气体也由于激光入射口处的开口比喷嘴大很多倍而无法在喷嘴处形成有效的保护气流。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例子如下一个激光焊接头由中心波长为10.6μπι的或者GaAs透射窗口，和相应的反射镜和聚焦镜以及辅助零件组成。这样的激光焊接头就可以用于一个将热轧板激光拼焊后送到轧机进行冷轧的联合生产线。如果热轧板的厚度为3mm，要求激光拼焊的速度为2M/ min，则采用一个功率为6kW的射频激励板条二氧化碳气体激光器，其输出激光束通过光学系统传输到激光焊接头，就能在20秒钟内把前一卷板材的末端与后一卷板材的前端焊接好。这样循环下去就是激光连续拼焊的生产线，本实用新型就是这种生产线的重要部件。
权利要求1.一种用于激光拼焊设备的激光焊接头，其特征在于在反射式聚焦激光焊接头的基础上增加一个透射窗口将激光焊接头密封，焊接头设有喷嘴可以喷射出保护气体。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光拼焊设备的激光焊接头，其特征在于所采用的激光器为高功率激光器。
3.根据权利要求2所述的一种采用了高功率激光器的激光拼焊设备的激光焊接头，其特征在于采用气体激光器时，则选择或者GaAs作为窗口 ；采用固体激光器、或半导体激光器、或光纤激光器时，则选择玻璃或石英作为窗口。
专利摘要一种用于激光拼焊设备的激光焊接头，适用于在冶金、造船、汽车等国民经济支柱产业中将比较小的金属板材焊接成比较大的板材或者将比较短的金属板材或带材焊接成比较长的板材或带材，主要用途是改善焊接质量和延长激光焊接头的寿命。具体措施是在普通反射式聚焦激光焊接头的基础上增加一个透射窗口将激光焊接头密封，并将一定压力的保护气体吹到光学元件表面并由焊接头的喷嘴喷射出来，足够高的保护气体的气流速度使该焊接头能够有效地保证其光学元件的清洁而不受焊接残渣或空气中灰尘的污染，达到改善激光焊接质量和延长焊接头寿命的目的。
文档编号B23K26/20GK202021428SQ20102012748
公开日2011年11月2日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者万伟, 刘千军, 单树滋, 潘毅, 陈在伟, 陈清明, 黄昭明 申请人:武汉大族金石凯激光系统有限公司