[发明专利]一种环形光激光焊接装置

说明书

一种环形光激光焊接装置，包括激光器、准直镜、锥透镜、聚焦镜和反射体；其中，激光器用于产生光源；准直镜用于将光源扩束为平行光束；锥透镜用于将平行光束折射为环形光束；聚焦镜用于将环形光束聚焦，形成聚焦光束，聚焦光束聚焦在焦平面上的形状为圆环形；反射体具有反射面，反射面用来改变聚焦光束的方向，使焦平面的位置发生改变；锥透镜、聚焦镜，至少有一个能够轴向移动。本发明的光路构思巧妙、设计简洁，最大限度地避免了折反射损失，进而降低了机体的温度，提高了光能的利用效率。本发明实现了聚焦圆环直径的可调，并实现了多角度焊接，大幅拓展了使用范围，使激光整体环带焊接在工程应用上成为可能，并使之具有实际应用和推广价值。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是涉及一种环形光激光焊接装置。

背景技术

工业生产中，薄壁管状零件的环形焊接多采用激光焊接。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，其加热面积小、热源集中，具有其它焊接方法所不具备的优势。传统的环形激光焊接是通过旋转激光光束或工件实现的，由于焊接处与未焊接处的温度相差巨大，不可避免地造成工件因受热不均而产生的焊接变形。

从根本上解决上述问题的方法是整体环带焊接，即将激光聚焦成圆环形，同时对焊接区域进行加热焊接。申请号为201620269423.8的专利公开了一种环形激光焊接头，该专利中的焊接头由准直镜、第一枚圆锥透镜、第二枚圆锥透镜以及聚焦镜构成。该专利虽然能够将激光聚焦成直径可调的圆环，但是呈锥面发散的环形光束在进入第二枚圆锥透镜时的反射角度过大，光能损失严重，不适合于高功率激光的应用，这对于焊接来说是个致命的缺陷。申请号201620532840.7的专利公开了一种激光焊接装置，该专利中的激光光源通过光源导入装置入射在锥形全反镜的锥面上，经锥形全反镜反射至环形全反聚焦镜上，经环形全反聚焦镜聚焦反射在工作平台上形成环形光斑。对于环形全反聚焦镜的凹面来说，只有抛物线型的凹面对平行光的反射才能形成固定的焦点，而其余形状的凹面对平行光的反射形不成焦点，也就是说，激光的热能无法集中。而对于具有抛物线型凹面的环形全反聚焦镜来说，只有改变抛物线的曲率才能改变焦点的位置，但这是不现实的，也是无法应用的。因此，无论怎样移动升降杆，聚焦圆环的直径都是固定的、不可调的。此外，上述两个专利的聚焦光束都是收敛的，只能对工件外部的某方向的焊缝进行焊接，而对工件内的焊缝以及其余角度焊缝的焊接是无法实现的。

对于环形激光焊接来说，如果做不到光能的有效利用，或者做不到聚焦圆环直径的可调，或者不能实现多角度焊接，都是没有实际应用和推广价值的，而怎样做到光能的有效利用、聚焦圆环直径的可调以及多角度焊接，则是本领域技术人员一直想解决而未能解决的技术难题。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种环形光激光焊接装置，其目的在于：实现光能的有效利用、聚焦圆环直径的可调以及多角度焊接，使激光的整体环带焊接成为可能，且具有实际应用价值。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种环形光激光焊接装置，包括：

激光器，用于产生光源；

准直镜，将光源扩束为平行光束；

锥透镜，将平行光束折射为环形光束；

聚焦镜，将环形光束聚焦，形成聚焦光束，聚焦光束聚焦在焦平面上的形状为圆环形；

反射体，具有反射面，反射面用来改变聚焦光束的方向，使焦平面的位置发生改变；

所述锥透镜、所述聚焦镜，至少有一个能够轴向移动。

进一步地改进技术方案，所述反射体能够轴向移动。

进一步地改进技术方案，所述反射面为内圆柱面或内锥面。

进一步地改进技术方案，所述反射面为外圆柱面或外锥面。

进一步地改进技术方案，所述反射体由石英制成。