[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

说明书

本发明提供了一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，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。本发明提供的激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，很好地解决现有焊丝中无法加入各种合金元素而影响焊缝性能的问题。

技术领域

本发明涉及材料焊接技术领域，尤其是涉及一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置及方法。

背景技术

激光填丝焊接是一种高能束焊接技术，具有能量密度高、焊接热输入小、接头的热影响区小等优点，已经被广泛应用于航空、航天及汽车领域。目前工业领域对于焊缝的各种性能如塑形耐磨耐蚀的要求逐年提高，这就要求除了调节送丝速度及送丝角度等参数之外，在焊丝中添加大量合金元素是使用最多和最有效的改善焊缝性能的方法。

但是对于药芯焊丝的制作过程来讲，其制作方法都是需要经过轧辊压制和拉拔减径，制备过程繁杂，轧辊调整时的工艺繁琐，设备维护成本高；另外，若在焊丝中添加大量合金元素，填充金属的塑形随着各种合金元素的加入而降低，从而导致制作焊丝的拉丝工艺无法实现的问题。

发明内容

本发明提供了一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置及方法，旨在解决现有焊丝中无法加入各种合金元素而影响焊缝性能的问题。

本发明提供了一种激光同轴送粉和焊丝耦合的焊接装置，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。

进一步地，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。驱动电机为送丝枪送焊丝提供动力；导电嘴一方面是为了更稳定的将焊丝送入指定区域，另一方面是为了增强焊接过程的稳定性，提高传导电流的能力。

进一步地，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。通过在同轴光纤激光器的侧壁设置连接组件，并将连接组件的一端与送丝枪相固接，能够将同轴光纤激光器与送丝机固定成一个整体，还能够增加焊接过程中，焊丝位置的固定，防止焊丝滑动造成待焊件焊接性能的降低。

进一步地，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。焊接过程中，同轴光纤激光器与送丝机的位置不发生改变，通过工装夹具的移动来完成焊接。其中，工装夹具固定待焊件，步进电机驱动工装夹具移动的速度来控制待焊件的焊接速度。

进一步地，所述激光束与所述送丝枪的夹角为25～55°。通过调节激光束与送丝枪的角度，能够增加表面光滑的焊缝。

一种激光同轴送粉和焊丝耦合的新型焊接方法，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；