[发明专利]一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置及方法

权利要求书

1.一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，其特征在于，包括：送丝机和同轴光纤激光器；

所述同轴光纤激光器包括激光发射器和环形聚焦镜，所述激光发射器发射激光束照射到环形聚焦镜上形成中空环形激光；

所述环形聚焦镜内设置有送粉管，所述送粉管与送粉器连接，所述环形聚焦镜的底部为同轴送粉喷嘴，所述送粉管与所述送粉喷嘴连接，粉末通过送粉管和送粉喷嘴形成向下喷射的粉末束流；

所述送丝机包括焊丝，所述焊丝、所述粉末束流、所述中空环形激光汇集到待焊件上一点。

2.根据权利要求1所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述送丝机还包括送丝枪、导电嘴以及主机；

所述主机与驱动电机连接；

所述送丝枪的一端与主机连接，所述送丝枪的另一端安装有导电嘴；

所述送丝枪内设置所述焊丝。

3.根据权利要求2所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述同轴光纤激光器的侧壁设置有连接组件；

所述连接组件一端安装在所述同轴光纤激光器的侧壁，另一端与所述送丝枪相固接；

所述环形聚焦镜的底部设置有保护气体喷管，所述保护气体喷管用于喷射Ar气或者He气中的一种。

4.根据权利要求1所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述焊接装置还包括步进电机；

所述步进电机与工装夹具连接，所述工装夹具上固定待焊件；

所述步进电机驱动工装夹具移动，以用于控制待焊件的焊接速度。

5.根据权利要求2所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述激光束与所述送丝枪的夹角为25～55°。

6.一种激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)焊接前，对待焊件表面打磨并用酒精丙酮清洗，然后将其固定在工装夹具上；

(2)将中空环形激光和焊丝共同作用到被焊区域上，并设置几何参数；

(3)设置激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接参数；

(4)启动同轴光纤激光器控制开关，通入保护气体，启动送粉器后等待1.0～2.0s后打开送丝机，打开激光发射器发射激光束，启动步进电机驱动工装夹具移动，焊丝、粉末束流以及中空环形激光同时作用到待焊件上进行焊接；

(5)步进电机停止转动，关闭激光发射器后再关闭送粉器和送丝机，最后关闭保护气体，完成激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接。

7.根据权利要求6所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，步骤(2)中，所述激光束的光斑直径为1～3mm，所述激光束的离焦量为-3～+3mm。

8.根据权利要求6所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，激光功率为800～3000W，焊接速度为50～200mm/min，送丝速度为50～300mm/min，保护气体为惰性气体Ar气或者He气中的一种，所述惰性气体的流量为10～30L/min。

9.根据权利要求6所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，步骤(4)中，所述中空环形激光在焊接时倾斜5°～10°，指向待焊部位。

10.根据权利要求7所述的激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，所述激光束的离焦量是通过调整激光发射器的发射头和待焊件的距离来实现。