[发明专利]用于激光加工头的气体保护装置

说明书

气体保护装置可以与诸如焊接头的激光加工头一起使用，以在较大的气体保护区域上扩散和分配保护气体，以用于保护更大的金属区域。气体保护装置可以耦接到激光加工头以与激光光束一起移动，并且可以同轴地布置以在所有的焊接方向上提供更大的保护效果。气体保护装置特别适用于焊接钛或其它极易与空气中的气体反应的金属和/或特别适用于较大的焊接区域(例如，在激光光束颤动的情况下)。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月30日提交的名称为与激光加工头一起使用的气体保护装置的序列号为No.62/725,028的美国临时申请的优先权，该美国临时申请在此通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及激光加工，并且更具体地，涉及一种与激光加工头一起使用的气体保护装置。

背景技术

诸如光纤激光器的激光器通常用于诸如焊接的材料加工应用。传统的激光焊接头包括用于准直激光的准直器和用于将激光聚焦到待焊接的目标区域的聚焦透镜。光束可以以各种图案移动以利于焊接两个结构，例如，使用近场扫描或“颤动器”技术来移动。可以使用各种技术来移动光束，包括，使用旋转棱镜光学器件来旋转光束以形成旋转图案或螺旋图案，以及在X-Y平台上枢转或移动整个焊接头以形成锯齿形图案。用于使光束更快速且更精确地移动的其它技术包括，例如，使用能够移动的镜体来提供光束的颤动图案，如美国专利申请公开文本No.2016/0368089和国际公开文本WO 2017/139769中更详细地公开的那样，它们被共同地拥有并通过引用全部并入本文。

在激光焊接期间通常使用保护气体，例如惰性气体或半惰性气体，以保护焊接区域免受诸如氧气和水蒸气的大气气体的影响和/或抑制焊接羽流(weld plume)。例如，如图15所示，传统的气体保护使用单个喷嘴以将气流施加到激光焊接区域。如图16所示，同轴的喷嘴可以作为附件附接到焊接头，以向焊接部位提供保护气体。这样的保护可能是不充分的，因为图15中的喷嘴与激光焊接头是分开的，并且因为在图15和图16中的喷嘴可能无法提供足够大的保护效果。

例如，当使激光光束进行扫描以提供颤动图案或用于某些焊接应用时，可能需要更大的保护效果。例如，当焊接像铝、铜和钛的合金时，需要更好的保护，因为这些合金很容易与氧气、氮气和二氧化碳反应。如果这些熔融金属没有得到足够的隔离空气的保护，则焊接可能会导致脆性结构，脆性结构会降低焊接接头的机械性能，并可能导致接缝中的变色。尤其是钛与空气中的气体极易反应，并且在温度高于350℃时应加以保护。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种与激光加工头一起使用的气体保护装置。气体保护装置包括颈部，该颈部限定从颈部的第一端延伸至第二端的中心孔口。中心孔口被配置成接收从第一端穿过第二端到达工件的激光光束。保护板在第二端附近耦接至颈部，使得颈部从保护板的第一侧延伸，并且保护板围绕中心孔口周向地延伸。保护板在保护板的第二侧上包括多个气体出口，多个气体出口流体地耦接到至少一个气体入口并且被配置成在多个位置处沿朝向工件的表面的方向引导气流。

根据本发明的另一方面，一种被保护的激光焊接头，包括：被配置成待耦接到光纤激光器的输出光纤并且被配置成仅在有限的视场内移动激光光束的扫描激光焊接头装置，以及与激光焊接头装置耦接的气体保护装置。所述气体保护装置包括颈部，所述颈部限定从所述颈部的第一端延伸到第二端的中心孔口。所述中心孔口被配置成接收从所述第一端穿过所述第二端到达工件的移动的激光光束。所述保护板被耦接到所述颈部，使得所述颈部从所述保护板的第一侧延伸，并且所述保护板围绕所述中心孔口周向地延伸。所述保护板在与所述第一侧相反的第二侧上包括多个气体出口，其中，所述多个气体出口流体地耦接到至少一个气体入口并且被配置成在多个位置处在朝向所述工件的表面的方向上引导气流。