[发明专利]一种用于轻质合金熔接的方法与多光路系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接加工技术领域，具体涉及一种用于轻质合金熔接的方法与多光路系统。

背景技术

轻质合金材料是指以镁、铝、钛等为主要组分的低密度合金，一般也称为轻合金、轻金属或轻质合金。由于节能降耗的低碳要求，汽车、电器、航空航天和装备制造业等日益关注并加大以镁合金、铝合金及钛合金为代表的轻质合金绿色材料的使用。据测算，汽车每减重10%，耗油将减少8%～10%，以镁合金为例，如果每辆车能使用70kg 的镁合金，CO₂ 的年排放量就能够减少30％以上，且汽车减重可达数百千克，因此镁合金作为实际应用中最轻的结构金属材料，并且极易回收，在汽车的减重和性能改善中所起的重要作用受到人们的重视。

轻质合金关键零部件的制造技术尤其是焊接技术，因材料本身的特性、焊接装备技术的制约还不成熟。轻质合金由于密度低，熔点低，热导率和电导率大，热膨胀系数大，化学活泼性强，易氧化，且氧化物的熔点较高，使轻质合金在焊接过程中极易产生气孔、裂纹等缺陷，影响了轻质合金焊接的密封性，制约了轻质合金在关键零部件上的应用。

以轻质铝合金为例，为了解决轻质铝合金激光焊接过程中极易产生热裂纹、气孔、焊缝不规则等缺陷和吸收率低的问题，目前在工业加工中，主要采用激光填丝焊、激光-TIG电弧复合焊、激光-MIG电弧复合焊等。其中激光填丝焊的效率和普通激光焊接差不多，而且增加了焊丝；激光-MIG电弧复合焊主要用于大厚板焊接；激光-TIG电弧复合焊在焊接薄板、铝合金等难焊材料时，热影响区、热变形、及焊缝外观形貌相对于普通激光焊接也较大、较差。以上各种焊接虽然都不同程度的解决了焊接主要问题，但是由于受到激光在时间和空间上不均匀性的限制，使激光焊的稳定性和重复性很差，因此轻质合金的激光精密焊接技术尚不成熟。本发明提供的方法和多光路系统可以解决激光在时间和空间上不均匀性的，从而有效改善激光焊的稳定性和重复性。

发明内容

为了解决轻质合金薄板焊接中的热裂纹、气孔、焊缝不规则、吸收率低及焊接效率问题，本发明提供一种用于轻质合金熔接的方法与多光路系统，尤其适用于易产生焊接缺陷的轻质合金薄板焊接，具体技术方案如下。

本发明提供的一种用于轻质合金熔接的方法，具体是将用于焊接的固体激光器的能量通过一个主光路和两个辅助光路分割成三路，分割后的三路光分别耦合进入三路光纤，耦合进入光纤的激光最后分别与三光路输出装置的三个输出头连接，通过三光路输出装置输出的三束光对轻质合金进行焊接。

上述用于轻质合金熔接的方法中，三光路输出装置输出的三束光中，主光路能量较高，物理位置居中；两个辅助光路，能量较低，物理位置居主光路的两侧并与主光路成设定的角度。

上述用于轻质合金熔接的方法中，三个输出头输出的三束光沿焊接方向串行排布，实现串行焊接。

上述用于轻质合金熔接的方法中，三个输出头输出的三束光沿焊接方向并行行排布或交叉排布,相应的实现并行焊接或交叉焊接。

本发明还提供了一种用于实现上述方法的多光路系统，包括固体激光器、激光器输出镜、45°全反镜、主光路45°半反镜、辅助光路45°半反镜、辅助光路45°全反镜、三个光纤耦合镜和输出光纤，所述固体激光器、激光器输出镜安装在光聚座上，45°全反镜安装在激光器输出镜的出射光的光线上，主光路45°半反镜、辅助光路45°半反镜、辅助光路45°全反镜与45°全反镜平行并按照间隔安装在45°全反镜的出射光线的方向上；三个光纤耦合镜分别以安装在主光路45°半反镜、辅助光路45°半反镜和辅助光路45°全反镜的反射光线上；三个光纤耦合镜的输出端各连接有一路所述输出光纤。

上述多光路系统中，所述三光路输出装置包括主光路输出头和两个辅助光路输出头，安装在主光路45°半反镜的反射光线上的光纤耦合镜通过输出光纤与三光路输出装置的主光路输出头连接，安装在辅助光路45°半反镜的反射光纤上的光纤耦合镜通过输出光纤与一个所述辅助光路输出头连接，安装在辅助光路45°全反镜的反射光线上的光纤耦合镜通过输出光纤与另一个辅助光路输出头连接。

上述多光路系统中，所述三光路输出装置还包括机械连接支架，主光路输出头安装在机械连接支架上，机械连接支架两侧各安装有机械连接臂，每个机械连接臂上安装有机械抓手，每个机械抓手上安装一个所述辅助光路输出头，辅助输出头通过机械连接臂和机械连接抓手的旋转来改变竖向、横向位置及与主光路输出头的夹角。