一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头制造技术

本发明专利技术设计一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头，包括准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元。准直单元用于实现光纤头输入的激光到手持激光焊接头的耦合；摇摆和反射单元通过摇摆电机驱动反射镜可在一定频率和角度下摆动，实现出射光束轨迹为圆或椭圆的摆动。驱动控制单元包括嵌入式CPU，用于控制摆动频率和激光出射。可变摆动幅度单元用于调节摆动幅度。各单元集成于手持焊接头外壳内；本发明专利技术可同时实现摆动频率和幅度的连续调节，适应性强，散热好，可防止光路污染，结构紧凑、使用舒适、操作灵活、工艺适应性强、安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头
本专利技术涉及一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头，属激光焊接设备

技术介绍
手持式激光焊接替代传统工作台式激光焊接，其优点是：克服工作台行程空间的局限性，可满足多种角度、多种位置工件的焊接，使用更灵活方便，尤其适用于室内外各种焊缝、器材的点焊，在机械、汽车、化工、光电信息等领域和日常生活中获得了越来越广泛的应用。手持式激光焊接机的关键是手持激光焊接头，从实现的功能看，它是一种激光外光路设备，通过光纤与激光器关联，由光学镜片对激光进行准直聚焦和调节，将高能量的激光对材料进行微区加热，使材料融化并形成特定熔池，以达到焊接的目的。手持激光焊接头有多种结构形式，最简单的结构是将传统台式激光焊接头小型化，并增加手持握把构成，如专利技术专利《一种手持式激光焊接的方法及装置》（CN101862902A）和《一种手持激光焊接枪》（CN109877451A）就是典型的这种结构。为了便于手持和移动，专利技术专利《一种手持式激光焊接头》（CN110238512A）将激光输入光纤接头集成到握把中，便于操作，其有益效果是可提高使用舒适度。随着激光焊接技术应用的拓展，研究发现：激光摆动焊相比普通激光焊技术可增大熔池的流动、细化焊缝晶粒，并显著提高焊缝的强度和韧性，同时还有利于提高匙孔的稳定性，减少或抑制气孔的产生，增大熔合区的宽度，提高焊缝坡口的间隙适应性。因此，激光摆动焊已成为激光焊接中的主流技术，正在逐步取代传统的激光焊接技术。上述类型的手持激光焊接头虽然实现了手持激光焊接的基本功能，但无法实现摆动焊接。专利技术专利《一种轻型手持式激光摆动焊接头》（CN110293316A）公开了利用振镜实现手持式激光摆动焊接，其不足之处是：振镜的体积较大，一只振镜仅能实现单一方向的光束摆动，不能达到光束轨迹为圆或椭圆的摆动焊接效果。利用转动楔形镜或倾斜的光路偏转透镜的方法也可实现光束轨迹为圆的摆动，但需要使用空心轴高速电机或磁体，如专利技术专利《一种激光焊接头及激光焊接设备》（CN109834386A）和《一种手持激光摆动焊接枪》（CN201911421300.6）等公开的技术，这类手持式激光摆动焊接头，虽可实现光束轨迹为圆的摆动焊接，但空心轴高速电机或磁体的使用既增加了光路调节难度，又会降低长时间工作的可靠性，且摆动幅度调节需要更换部件，不能实现自由调节，不能适应不同缝宽工件的焊接要求。因此，为了克服现有手持焊接头的不足，适应不同焊接材料和焊接工件的需求，实现光束轨迹摆动焊接效果，开发摆动频率和幅度可调的高可靠性手持激光焊接头，还需要不断探索新的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
所述问题，设计一种可变摆动频率和幅度的结构紧凑型手持激光焊接头，所述手持激光焊接头具有光路调节简便、使用舒适、操作灵活、安全可靠等优点，可适应不同材料和工件的激光摆动焊接。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头，包括：准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元；所述准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元均集成于所述手持焊接头外壳内；所述手持焊接头外壳呈手枪状，手持焊接头外壳包括：手持握把、枪身、枪管、焊嘴。所述准直单元包括：准直镜片、准直器镜筒，准直单元用于将光纤头输出的点发散激光转变成平行光束，实现高能激光从激光器到手持激光焊接头的耦合。所述摇摆和反射单元包括：摇摆电机、反射镜，所述反射镜与摇摆电机输出轴连接，摇摆电机驱动反射镜可在一定频率和角度下摆动，实现出射光束轨迹的摆动焊接。所述驱动控制单元包括：出光开关和驱动控制电路，驱动控制单元用于控制摇摆电机的摆动频率和激光出射。所述出光开关为安装于手持握柄上的轻触开关，该种结构可满足手持操作的人体工程学设计、方便舒适；所述驱动控制电路包括：嵌入式中央处理器CPU，驱动控制电路集成于手持焊接头外壳内，仅引出电源线，大大减小了接线数量，提高了电气的安全可靠性。所述聚焦单元包括：聚焦凸镜和保护镜，聚焦单元用于接收来自反射镜的激光，并通过聚焦凸镜使手持焊接头出射激光聚焦于待焊接工件需加热的位置，使待焊工件材料融化并形成特定熔池，实现焊接。所述可变摆动幅度单元包括：伸缩机构，所述聚焦单元设置于伸缩机构上，所述伸缩机构用于调节并定位聚焦凸镜与反射镜之间的距离，当旋转所述伸缩机构使聚焦凸镜与反射镜之间的距离增加时，手持焊接头出射激光的摆动幅度随之增加，反之则减小。从附图1所示的本专利技术一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头光路原理图可知，当准直后的激光以α角入射到摆动角度为θ的反射镜后，反射的激光经焦距为f的聚焦凸镜聚焦，聚焦后光斑的摆动幅度r由关系式确定。驱动所述旋转伸缩机构，改变聚焦凸镜与反射镜之间的距离d时，摆动幅度r即可在一定范围内连续调节，以适应不同缝宽和形状的工件焊接需求。所述反射镜单元由合金底座表面上镀高反射膜构成，自下至上依次为：反射镜底座、镀Cr层一、镀Au层、镀Cr层二、镀SiO2玻璃层、介质膜层，其中反射镜底座为4J42合金材质，其中反射膜表面加工成与反射镜底座底面呈θ角的倾斜表面。进一步地，所述电气通路单元包括：水、电、气接头，电气通路单元用于与外部接通控制电源、保护气体、冷却水。进上步地，所述准直单元位于手持握把内，所述出光开关为安装于手持握柄上的轻触开关；所述摇摆和反射单元、驱动控制单元安装于枪身内，所述可变摆动幅度单元安装于枪管内，枪管的前端为焊嘴；所述准直单元与可变摆动幅度单元和聚焦单元在光路上可垂直；所述手持握柄与可变摆动幅度单元安装方向呈105°夹角；所述手持握柄端部设置有保护气体入口，保护气体能直接从焊嘴处喷出。进一步地，所述手持激光焊接头内还设置有散热单元，所述散热单元包括水冷散热和气冷散热两部分；所述水冷散热部分包括：冷却水进出口、水路管道以及，由准直器和准直器安装腔体之间构成的间隙，水冷进出口设置于准直镜筒接近光纤接入端的一端的上侧面；所述气冷散热部分包括：气冷通道，设定所述气冷通道依次为：手持握柄端部保护气体气路接入口、手持握柄内的管道、摇摆电机固定腔体、伸缩机构固定筒体中设置的管路、焊嘴。进一步地，所述光纤入口、控制电源接口、保护气体接口、冷却水进出接口，均设置于手持握柄端部。本专利技术一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头将所有手持激光焊接头功能单元集成安装于一体，使手持激光焊接头的结构紧凑。将所述准直单元置于手持握把中，准直单元与可变摆动幅度单元和聚焦单元在光路上可垂直，但握把与可变摆动幅度单元和聚焦单元安装方向成105°，使整体外形结构符合人体工程学设计，提高使用舒适度。外壳中嵌入保护气体的通路，保护气体能直接从焊嘴处喷出，无需另接额外的气路。同时，这种气路设计，可实现散热作用。电路连接包括激光输出开关、摇摆频率调节的通路等也集成于外壳中，使手持激光焊接头外形简洁，结构紧凑，提高使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头，包括：准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元；所述准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元均集成于所述手持焊接头外壳内；所述手持焊接头外壳呈手枪状，手持焊接头外壳包括：手持握把、枪身、枪管、焊嘴；其特征在于：/n所述准直单元包括：准直镜片、准直器镜筒，准直单元用于将光纤头输出的点发散激光转变成平行光束，实现高能激光从激光器到手持激光焊接头的耦合；/n所述摇摆和反射单元包括：摇摆电机、反射镜，所述反射镜与摇摆电机输出轴连接，摇摆电机驱动反射镜可在一定频率和角度下摆动，实现出射光束轨迹的摆动焊接；/n所述驱动控制单元包括：出光开关和驱动控制电路，驱动控制单元用于控制摇摆电机的摆动频率和激光出射；所述驱动控制电路包括：嵌入式中央处理器CPU；/n所述聚焦单元包括：聚焦凸镜和保护镜，聚焦单元用于接收来自反射镜的激光，并通过聚焦凸镜使手持焊接头出射激光聚焦于待焊接工件需加热的位置；/n所述可变摆动幅度单元包括：伸缩机构，所述聚焦单元设置于伸缩机构上，所述伸缩机构用于调节并定位聚焦凸镜与反射镜之间的距离，当旋转所述伸缩机构使聚焦凸镜与反射镜之间的距离增加时，手持焊接头出射激光的摆动幅度随之增加，反之则减小；/n所述反射镜单元由合金底座表面上镀高反射膜构成，自下至上依次为：反射镜底座、镀Cr层一、镀Au层、镀Cr层二、镀SiO...

【技术特征摘要】
1.一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头，包括：准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元；所述准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元均集成于所述手持焊接头外壳内；所述手持焊接头外壳呈手枪状，手持焊接头外壳包括：手持握把、枪身、枪管、焊嘴；其特征在于：
所述准直单元包括：准直镜片、准直器镜筒，准直单元用于将光纤头输出的点发散激光转变成平行光束，实现高能激光从激光器到手持激光焊接头的耦合；
所述摇摆和反射单元包括：摇摆电机、反射镜，所述反射镜与摇摆电机输出轴连接，摇摆电机驱动反射镜可在一定频率和角度下摆动，实现出射光束轨迹的摆动焊接；
所述驱动控制单元包括：出光开关和驱动控制电路，驱动控制单元用于控制摇摆电机的摆动频率和激光出射；所述驱动控制电路包括：嵌入式中央处理器CPU；
所述聚焦单元包括：聚焦凸镜和保护镜，聚焦单元用于接收来自反射镜的激光，并通过聚焦凸镜使手持焊接头出射激光聚焦于待焊接工件需加热的位置；
所述可变摆动幅度单元包括：伸缩机构，所述聚焦单元设置于伸缩机构上，所述伸缩机构用于调节并定位聚焦凸镜与反射镜之间的距离，当旋转所述伸缩机构使聚焦凸镜与反射镜之间的距离增加时，手持焊接头出射激光的摆动幅度随之增加，反之则减小；
所述反射镜单元由合金底座表面上镀高反射膜构成，自下至上依次为：反射镜底座、镀Cr层一、镀Au层、镀Cr层二、镀SiO2玻璃层、介质膜层，其中反射镜底座为4J42合金材质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙海，陈铭，王世敏，杨贝贝，明新华，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42