专利名称：高功率光纤激光焊接机的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种高功率光纤激光焊接机。
背景技术：
激光焊接机是一种现代的焊接方式，激光焊接的特点是被焊接工件变形小，焊接深度/宽度比高，热影响区小，因此焊接质量比传统焊接方法高，它们在工业上应用越来越广泛。激光焊接机还具有不受磁场的影响，不局限于导电材料，不需要真空的条件并且焊接过程中不产生X射线等优点。激光和计算机控制的结合更好更精确地控制焊接过程，保证了焊接的质量，针对不同焊接对象和要求，完成焊缝跟踪、缺陷监测、焊缝质量监测等技术方案，通过反馈控制调节焊接工艺参数，以实现激光焊接技术。现有的光纤激光焊接机应用渐广，结构与工艺各有其特点。如专利公开号为 102081190A 一种用于高功率光纤激光器或放大器的双包层激光光纤及其激光耦合方法，双包层激光光纤的构成是内包层包含有一根有芯光纤区和与该有芯光纤区紧密平行并列、侧面耦合的两根无芯光纤区，其外由涂覆层包裹，有芯光纤区的纤芯为掺有稀土的纤芯，该方案是利用双包层激光光纤进行激光耦合，通过多段光纤连接，实现多个点泵浦。如专利公开号为CN101013183A—种用于粗芯光纤焊接的粗芯光纤激光焊接器及焊接方法，采用小型百瓦级C02激光器作为光源，用一块枣核形的透镜把激光器输出的激光束整形成环状光束，碗状的反射镜把这束环状的激光反射到碗状反射镜碗口中心的焦点，待焊接的光纤就放置在焦点位置，碗状的反射镜的中心有一个圆孔，光纤从这个圆孔穿过，使光纤焊接部位位于碗状的反射镜焦点的中心，环状激光聚焦以后可以环绕光纤均勻地照射在待焊接的位置，控制C02激光器的功率和功率输出时间，以焊接不同直径的光纤。焊接机方面有如专利公开号为CN101380695A的一种激光焊接机，用于板式太阳能吸热器的双光路光纤激光焊接机，包括激光器、光纤、聚焦系统，激光器通过光纤与聚焦系统连接，设有底座装置、龙门装置，其中，龙门装置位于底座装置之上，聚焦系统装在龙门装置上，将激光器发出的激光引入龙门装置与底座装置之间，聚焦系统针对被焊接工件的位置能够在X、Y、Z三个方向移动，其中，X、Y代表与地面平行的水平方向，Z代表与地面垂直的方向。这种结构主要是为了解决铜管与铝板焊接的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决光纤激光焊接工艺中降低耦合节点的热效应，提高输出功率，明确分段耦合数量和耦合最佳距离的问题，提供一种合理的高功率光纤激光焊接机，
利用方程《，确定分段耦合数的合理数量，优化激光输出的光学质量，降低泵浦
Pb%g
光对端面的破坏。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种高功率光纤激光焊接机，其特征是所述的激光焊接机包括耦合的双包层光纤、机械手臂、纯光纤耦合式光纤激光器，所述的纯光纤耦合式光纤激光器通过分段激励方式获得，所述的分段激励方式是根据总激光输出功率、熔接损耗、外包层光纤损耗以及单段激励半导体功率来确定分段耦合数。光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，可在光纤放大器的基础上开发，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回来构成谐振腔便可形成激光振荡器输出。光纤激光器输出光束质量高，至少比典型的C02激光器和Nd: YAG固体激光器光束质量提高一个数量级，有利于获得小的聚焦光斑，且器件无需水冷，结构小巧，是理想的高质量工业用打标机、 切割机光源，并且可应用于材料处理、焊接以及医疗器械系统中，也可作为Raman激光器泵浦源、非线性转换泵浦源等。泵浦源光器使用光源的主要目的是将电能有效地转化为辐射能，并在给定的光谱带上产生高的辐射通量，最有效的激光泵浦灯将使激光材料在激发荧光的波长上产生最大的发射，而在有效吸收带之外的所有光谱范围内产生最小的发射。双包层光纤的纤芯采用掺％3+等元素的石英材料构成，的吸收谱比较宽，几乎不受波长温漂的影响。 使用合理数量分段激励工艺制造的光纤激光焊接机，其激光能量在光斑范围内按帽式分布，整个光斑能量分布均勻，焊点光滑，电焊稳定性高，激光通过光纤传输到焊接头上，其柔性连接，易于操作台与主机的远程协助和自动化生产线集成，具有能量检测及反馈功能，能量稳定性高。作为优选，所述的分段耦合数根据《 = ￡2工获得，其中，η为光纤激励分段
Pb%g
数，k为折算系数，P为总激光输出功率，δ ^为熔接损耗，δ w为外包层光纤损耗，Pb为单段激励半导体功率，ngg为光光效率。使用分段激励工艺，不仅分散了泵浦光从单一端面进入， 引起的非线性曲线和模式恶化，优化激光输出的光学质量，大大降低泵浦光对端面的破坏， 而且根据输出功率和光光转换率能计算出所需分段的合理数量。作为优选，所述的激光耦合分段最优值是在定长光纤上熔接耦合多个泵浦源进行确定的，通过改变泵浦源的功率、泵浦源的数量、定长光纤上的耦合间隔距离来完成。作为优选，所述的分段耦合模式是在双包层光纤生成无数杈纤，每份杈纤与带尾纤的LD的无缝耦合形成分点泵浦源。这样可大幅地提高输出功率，同时避免了传统泵浦源带来的热效应问题，适宜泵浦源的散热并提高使用寿命，且便于维修。作为优选，所述的侧面泵浦是在光纤两侧生成若干条纤杈与LD尾纤直接熔接，从各个不同点进行单个泵浦。这样可以避免强激光单点引起的非线性效应和模式恶化。作为优选，所述的K修正系数，制造时参考值为0. 1 0.9。该系数通过数次研究得出。本发明的有益效果是提高了光光转换率和输出功率，避免了传统泵浦源带来的热效应问题，适宜泵浦源的散热并提高使用寿命，易于维修；从各个不同点进行单个泵浦， 避免了强激光单点引起的非线性效应和模式恶化。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。本实施例一种高功率光纤激光焊接机，包括耦合的双包层光纤、机械手臂、纯光纤耦合式光纤激光器，其中纯光纤耦合式光纤激光器通过分段激励方式获得，而分段激励方式是根据总激光输出功率、熔接损耗、外包层光纤损耗以及单段激励半导体功率来确定分段耦合数，即通过说方程计算
权利要求
1.一种高功率光纤激光焊接机，其特征是所述的激光焊接机包括耦合的双包层光纤、 机械手臂、纯光纤耦合式光纤激光器，所述的纯光纤耦合式光纤激光器通过分段激励方式获得，所述的分段激励方式是根据总激光输出功率、熔接损耗、外包层光纤损耗以及单段激励半导体功率来确定分段耦合数。
2.根据权利要求1所述的高功率光纤激光焊接机，其特征在于所述的分段耦合数根据n =获得，其中，η为光纤激励分段数，k为折算系数，ρ为总激光输出功率，δ r为Pb%g熔接损耗，心为外包层光纤损耗，Pb为单段激励半导体功率，ηgg为光光效率。
3.根据权利要求1或2所述的高功率光纤激光焊接机，其特征在于激光耦合分段最优值是在定长光纤上熔接耦合多个泵浦源进行确定的，通过改变泵浦源的功率、泵浦源的数量、定长光纤上的耦合间隔距离来完成。
4.根据权利要求1所述的高功率光纤激光焊接机，其特征在于分段耦合模式是在双包层光纤生成无数杈纤，每份杈纤与带尾纤的LD的无缝耦合形成分点泵浦源。
5.根据权利要求1所述的高功率光纤激光焊接机，其特征在于侧面泵浦是在光纤两侧生成若干条纤杈与LD尾纤直接熔接，从各个不同点进行单个泵浦。
6.根据权利要求1或2所述的高功率光纤激光焊接机，其特征在于所述的K修正系数， 制造时参考值为0. 1 0.9。
全文摘要
本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种高功率光纤激光焊接机,解决光纤激光焊接工艺中降低耦合节点的热效应，提高输出功率，明确分段耦合数量和耦合最佳距离的问题，其特征是所述的激光焊接机包括耦合的双包层光纤、机械手臂、纯光纤耦合式光纤激光器，所述的纯光纤耦合式光纤激光器通过分段激励方式获得，所述的分段激励方式是根据总激光输出功率、熔接损耗、外包层光纤损耗以及单段激励半导体功率来确定分段耦合数。提高了光光转换率和输出功率，避免了热效应、强激光单点引起的非线性效应及模式恶化的问题，适宜泵浦源的散热并提高使用寿命。
文档编号H01S3/09GK102513693SQ20111034422
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者金辉 申请人:杭州奥克光电设备有限公司