激光双光束焊接设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种激光双光束焊接设备及方法。该激光双光束焊接设备包括一分束器和一激光扫描装置，该分束器用于将传输至其的初始激光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束用于作用于焊料，该激光扫描装置用于将传输入的第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束，其中摆动光束用于作用于待焊区域。本发明专利技术的激光双光束焊接设备及方法，不仅能够有效解决待焊区域未熔合的问题及提高焊接质量，还能够保证在焊接过程的稳定性，同时还提高焊接过程的可重复性，有助于提高焊接加工的效率。

【技术实现步骤摘要】
激光双光束焊接设备及方法
本专利技术涉及焊接领域，尤其涉及一种激光双光束焊接设备及方法。
技术介绍
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，相比其他焊接方法具有其独特的优点，可较好地应用于微、小型零件的精密焊接中。现有的激光焊接设备及方法，一般包括了单光束焊接、双光束焊接、或旋转光束焊接等方法。传统的单光束焊接的缺点是，因激光光斑直径较小、热作用区域小，在进行窄间隙焊接时易出现侧壁未熔合现象，影响焊接质量。与之相比，传统的并行双光束方式焊接，可以对激光束能量密度分布进行初步整形，但是双光束对能量密度整形能力有限，因而两束激光的分布间距较难把握，两束激光分布间距过小则达不到避免侧壁未熔合的缺陷的目的，而两束激光分布间距过大，虽然可以明显增加激光的热作用区域，控制两激光束作用在焊缝熔池两侧，但会造成熔池中心没有激光束直接热作用。然而由于实际焊接过程中，填充焊丝一般位于焊缝中心，分布于侧壁两侧的激光束未必能够提供充足的热量熔化焊丝，焊丝熔化不充分直接影响到焊接过程的稳定性，熔敷金属填充量较少，容易产生焊丝抖动、未熔化焊丝凝固于熔池中等问题，直接造成填丝过程终止。采用旋转光束或移动光束进行焊接时，由于光束的旋转或移动，光束能对焊缝熔池起到一定的束流搅拌作用，可减少焊缝气孔，但是光束的移动改变了光束与焊丝的间距，降低了焊丝熔滴过渡的稳定性，仍然会使焊丝填充效果受到影响。因此，现有的焊接设备及方法在焊接的稳定性等方面均存在一定的不足，这些不足在窄间隙的激光填丝焊接中显得尤为明显，因而亟需一种能够提供更好的焊接稳定性的激光焊接设备及方法。专利技术内容本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的激光焊接中焊接质量不够高、焊接过程的稳定性不足、焊丝填充效果不佳等缺陷，提出一种激光双光束焊接设备及方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本专利技术提供了一种激光双光束焊接设备，其特点在于，包括一分束器和一激光扫描装置，该分束器用于将传输至其的初始激光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束用于作用于焊料，该激光扫描装置用于将传输入的第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束，其中摆动光束用于作用于待焊区域。较佳地，该激光扫描装置包括一反射镜和一控制装置，该反射镜用于反射第二光束，该控制装置用于控制该反射镜在预设的一摆动角度范围内摆动，以使得该反射镜反射出方向和第一光束的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束。较佳地，该控制装置包括一可伸缩传动杆和一步进电机，该步进电机用于驱动该可伸缩传动杆的伸缩，该可伸缩传动杆一端固定、另一端连接该反射镜。较佳地，摆动光束所处的平面与第一光束的传播方向大致平行。较佳地，该激光双光束焊接设备还包括一激光器，该激光器用于产生准直的初始激光束并传输向该分束器。较佳地，该激光双光束焊接设备还包括一凸透镜，该反射镜为一反射聚焦镜，该凸透镜设置于第一光束的传播路径上，该凸透镜用于聚焦第一光束形成第一聚焦光斑以作用于焊料，该反射聚焦镜用于反射出该摆动光束形成第二聚焦光斑以作用于待焊区域。本专利技术还提供了一种采用如上所述的激光双光束焊接设备实施的激光双光束焊接方法，且待焊区域位于窄间隙坡口或大间隙的平板对接板型结构中。本专利技术还提供了一种激光双光束焊接方法，其特点在于，包括以下步骤：产生一初始激光束；将该初始激光束分束成第一光束和第二光束；将第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束；分别聚焦第一光束和摆动光束以形成第一聚焦光斑和第二聚焦光斑，并使得第一聚焦光斑作用于焊料、第二聚焦光斑作用于待焊区域。较佳地，通过控制一反射镜在预设的一摆动角度范围内摆动并反射第二光束，以扫描得到方向和第一光束的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束。较佳地，摆动光束所处的平面与第一光束的传播方向大致平行。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的激光双光束焊接设备及方法，不仅能够有效解决待焊区域未熔合的问题及提高焊接质量，还能够保证在焊接过程的稳定性，同时还提高焊接过程的可重复性，有助于提高焊接加工的效率。附图说明图1为本专利技术的激光双光束焊接设备的示意图，其中图1的左半边为该激光双光束焊接设备的正视图，右半边为该激光双光束焊接设备的左视图。图2为本专利技术中的摆动光束的摆动示意图。图3为本专利技术的激光双光束焊接设备在窄间隙激光填丝焊接中的一应用实例的示意图，其中图3的左半边为正视图，右半边为左视图。图4为图3所示的应用实例中的待焊区域附近的局部示意图。图5为图3所示的应用实例的焊缝形貌的示意图。图6为采用常规的单光束焊接进行窄间隙激光填丝焊接的焊缝形貌的示意图。图7为本专利技术的激光双光束焊接设备在大间隙对接平板中的另一应用实例的示意图，其中图7的左半边为正视图，右半边为左视图。图8为图7所示的应用实例中的待焊区域附近的局部示意图。图9为图7所示的应用实例中的激光光束作用的示意图。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。图1示出本专利技术的激光双光束焊接设备，。参考图1所示，本专利技术的激光双光束焊接设备包括传输光纤耦合接口1、准直系统2、激光扫描装置、分束器6和凸透镜7。其中该激光扫描装置包括步进电机3、可伸缩传动轴4和反射聚焦镜5。该传输光纤耦合接口1及该准直系统2用于产生准直的初始激光束，并传输向该分束器6。该分束器6用于将初始激光束分成第一光束8和第二光束。参考图1所示，经该分束器分束后的第一光束8大致沿和初始激光束相同方向，第二光束则沿与初始激光束的方向大致垂直的方向。但应当理解，本专利技术中，经该分束器6分束形成的第二光束也可沿其他方向，而并不影响本专利技术的实施。其中，分束器6可以分配并调节第一光束8与第二光束所占激光功率的能量比。该凸透镜7设置于第一光束8的传播路径上，该凸透镜7用于聚焦第一光束8形成第一聚焦光斑10，以作用于焊料。该反射聚焦镜5受控在预设的一摆动角度范围内摆动，以使得该反射镜反射出方向和第一光束8的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束9，并通过其聚焦作用形成第二聚焦光斑11，以作用于待焊区域。在该激光扫描装置中，该可伸缩传动杆一端固定、另一端连接该反射聚焦镜5，并由该步进电机3驱动控制该可伸缩传动杆的伸缩，从而调节该反射聚焦镜5的位置。通过调节该反射聚焦镜5的位置，可进一步达到调节摆动光束9与第一光束8的间距以及第一聚焦光斑10和第二聚焦光斑11的间距的目的，以适应于待焊区域的要求。一般而言，两个聚焦光斑处于同一水平面。参考图1及图2所示的摆动光束9的摆动方式，其中A为其摆动幅度13的大小，根据实际待焊区域的不同，A可在0～15mm的范围内连续调节。摆动光束9的摆动周期为T，摆动频率f为1/T，摆动频率可根据摆动幅度在一定区间内设定，摆动幅度越小，可调节的摆动频率区间越大，通常摆动频率的区间为0～1000Hz。两个光斑的垂直距离12(其大小为D)(即两个聚焦光斑在同一水平面内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光双光束焊接设备，其特征在于，包括一分束器和一激光扫描装置，该分束器用于将传输至其的初始激光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束用于作用于焊料，该激光扫描装置用于将传输入的第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束，其中摆动光束用于作用于待焊区域。

【技术特征摘要】
1.一种激光双光束焊接设备，其特征在于，包括一分束器和一激光扫描装置，该分束器用于将传输至其的初始激光束分成第一光束和第二光束，其中第一光束用于作用于焊料，该激光扫描装置用于将传输入的第二光束扫描为沿和第一光束的传播方向大致平行的方向出射、且出射方向沿预设的一摆动方向摆动的摆动光束，其中摆动光束用于作用于待焊区域，其中，第一光束沿所述摆动方向静止，摆动光束所处的平面与第一光束的传播方向大致平行。2.如权利要求1所述的激光双光束焊接设备，其特征在于，该激光扫描装置包括一反射镜和一控制装置，该反射镜用于反射第二光束，该控制装置用于控制该反射镜在预设的一摆动角度范围内摆动，以使得该反射镜反射出方向和第一光束的传播方向大致平行、且出射方向沿该摆动方向摆动的摆动光束。3.如权利要求2所述的激光双光束焊接设备，其特征在于，该控制装置包括一可伸缩传动杆和一步进电机，该步进电机用于驱动该可伸缩传动杆的伸缩，该可伸缩传动杆一端固定、另一端连接该反射镜。4.如权利要求1所述的激光双光束焊接设备，其特征在于，该激光双光束焊接设备还包括一激光器，该激光器用于产生准直的初始激光束并传输向该分束器。5.如权利要求2所述的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，刘红兵，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31