一种激光焊接设备制造技术

本发明专利技术公开了一种激光焊接设备，其技术方案要点是采用圆形高斯光斑的预热激光束对待焊接部分进行预热，采用圆形高斯光斑的焊接激光束对待焊接部分进行焊接，采用线性矩形光斑退火激光束对待焊接部分进行退火，能量均匀分布的退火激光束更有利于控制温度梯度。此外，本发明专利技术的焊缝温度实时可测，预热激光束、焊接激光束、退火激光束三者的功率、光斑中心间距实时可控，激光熔化后形成的组织、化学均匀性很高、晶粒组织细小，明显提高了焊缝焊接质量，有效减小了焊后残余应力，大大改善了合金的机械性能，提高了焊接件的使用寿命。提高了焊接件的使用寿命。提高了焊接件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接设备


[0001]本专利技术涉及激光焊接领域，更具体的说，它涉及一种激光焊接设备。

技术介绍

[0002]齿轮是传动机械不可缺少的零部件，齿轮箱体作为齿轮的承载机构，在汽车、工程机械等机械的传动系统中也是必不可少的零部件。传统的齿轮箱体为铸造成型的铸件，但铸造成型只适用于制造单一产品，不适用多尺寸、多型号齿轮箱体的制作，并且由于金属液态成型工序众多，导致齿轮箱体容易出现组织疏松、晶粒粗大等问题，直接影响传动机械的机械性能和加工切削性能，因此为了适应齿轮箱的高精度、高耐用性等需求，通常会采用激光焊接进行齿轮箱体的成型。
[0003]激光焊接是激光加工中应用最为成熟的技术之一，由激光器泵浦产生高能量密度的激光，经激光焊接头照射在母材上，热量发生聚集和传导，使母材快速熔化、凝固形成焊缝，完成整个焊接过程。激光焊接的微观机理为，在激光束及附近极小范围内，激光能量密度极高，使得母材汽化，产生金属蒸汽，同时匙孔的振荡加速熔池的流动性。与传统焊接技术相比，激光焊接具有热输入小、深宽比大、热影响区小、变形小、焊缝美观等优势。但激光焊接由于高能量密度的激光束快速加热和急冷作用，导致焊缝易产生较大的热应力，也且易产生裂纹、气孔等缺陷。
[0004]齿轮箱体适用于激光焊接技术，将齿轮箱体的侧板、顶板、底板、中分面板进行拼接后采用激光焊接方式进行固定连接，相较于传统的铸件成型，侧板、顶板、底板、中分面板拼接后再进行激光焊接固定从而形成齿轮箱体的加工方式，其成型质量获得了明显提高，但由于齿轮箱体本身需要高传动精度、高耐用性等要求，也即需要拼接焊缝具有晶粒细小、热应力小、无裂纹等特征，而齿轮箱体经过激光焊接后，仍然存在残余应力较大、易产生裂纹、晶粒组织不够细小等缺陷。
[0005]目前对于如齿轮箱体之类存在高精度、高耐用性需求的金属铸件焊接制品，如何进一步提高其焊接质量，是当前研究的重点方向。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种激光焊接设备，其通过激光束对待焊接部分进行预热、焊接、退火，同时实时检测焊缝温度，以调整预热激光束、焊接激光束、退火激光束三者的功率、光斑中心间距，激光熔化后形成的组织、化学均匀性很高、晶粒组织细小，明显提高了焊缝焊接质量，有效减小了焊后残余应力，大大改善了合金的机械性能，提高了焊接件的使用寿命。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种激光焊接设备，其包括预热激光器、焊接激光器、退火激光器、红外测温系统和控制系统；预热激光器输出预热激光束在待焊接部分上形成预热光斑，焊接激光器输出焊接激光束在待焊接部分上形成焊接光斑，退火激光器输出退火激光束在待焊接部分上形成退
火光斑；预热光斑、焊接光斑、退火光斑依次线性排布；红外测温系统用于实时检测退火光斑照射后的焊缝表面温度；控制系统依据红外测温系统反馈的信号，实时调整预热光斑、焊接光斑、退火光斑之间的距离和预热激光器、焊接激光器、退火激光器的功率。
[0008]本专利技术进一步设置为：还包括分光系统和退火反射系统，所述分光系统用于将退火激光器输出的光束分光为第一退火激光束和第二退火激光束，第一退火激光束直接输出到待焊接部分上形成第一退火光斑，第二退火激光束通过反射系统反射到待焊接部分上形成第二退火光斑；预热光斑、焊接光斑、第一退火光斑、第二退火光斑依次线性排布。
[0009]本专利技术进一步设置为：所述分光系统内设置有能量调节装置，所述能量调节装置分配并调节所述第一退火激光束和第二退火激光束的能量比。
[0010]本专利技术进一步设置为：所述能量调节装置采用偏振器元件。
[0011]本专利技术进一步设置为：第一退火激光束与第二退火激光束之间的能量比为1：1
‑
2：1。
[0012]本专利技术进一步设置为：控制系统依据红外测温系统反馈的信号，实时调整预热光斑、焊接光斑、第一退火光斑、第二退火光斑之间的距离和预热激光器、焊接激光器、退火激光器的功率。
[0013]本专利技术进一步设置为：还包括预热反射系统、焊接反射系统和退火反射系统，预热激光器、焊接激光器和退火激光器的输出光束分别通过预热反射系统、焊接反射系统和退火反射系统反射到待焊接部分上。
[0014]本专利技术进一步设置为：还包括第一整形系统和第二整形系统；预热激光器输出光束和焊接激光器输出光束分别通过两个第一整形系统照射在待焊接部分上，第一整形系统用于将激光光斑整形为高斯圆形光斑；退火激光器输出光束通过第二整形系统照射在待焊接部分上，第二整形系统用于将激光光斑整形为矩形光斑，矩形光斑有两边平行于预热光斑、焊接光斑所在直线。
[0015]本专利技术进一步设置为：预热激光器、焊接激光器、退火激光器的功率均可调，预热激光器功率为600
‑
800W，焊接激光器的功率为1700
‑
2000W，退火激光器的功率为500
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700W。
[0016]本专利技术进一步设置为：预热激光器、焊接激光器、退火激光器输出光束的离焦量均为0
‑
0.5mm，预热激光器、焊接激光器、退火激光器的扫描速度均为1000
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1200mm/min。
[0017]本专利技术进一步设置为：还包括功率调节模块，预热激光器、焊接激光器、退火激光器三者输出的光束分别穿过三个功率调节模块后在待焊接部分上形成光斑。
[0018]本专利技术进一步设置为：所述功率调节模块包括半波片、偏振分光棱镜和光束吸收块，所述半波片的快轴方向通过旋转改变；光束穿过半波片后被偏振分光棱镜分光成两束，其中一束为工作光束，工作光束在待焊接部分上形成光斑，另一束被光束吸收块吸收。
[0019]本专利技术进一步设置为：还包括准直镜，所述工作光束穿过准直镜后在待焊接部分上形成光斑。
[0020]本专利技术进一步设置为：还包括扩束镜，预热激光器、焊接激光器、退火激光器和其对应的功率调节模块的光路之间均设置有一个扩束镜。
[0021]综上所述，本专利技术相比于现有技术具有以下有益效果：本专利技术采用圆形高斯光斑的预热激光束对待焊接部分进行预热，采用圆形高斯光斑的焊接激光束对待焊接部分进行
焊接，采用线性矩形光斑退火激光束对待焊接部分进行退火，能量均匀分布的退火激光束更有利于控制温度梯度。此外，本专利技术的焊缝温度实时可测，预热激光束、焊接激光束、退火激光束三者的功率、光斑中心间距实时可控，激光熔化后形成的组织、化学均匀性很高、晶粒组织细小，明显提高了焊缝焊接质量，有效减小了焊后残余应力，大大改善了合金的机械性能，提高了焊接件的使用寿命。
附图说明
[0022]图1为实施例1的示意图；图2为实施例1中各光斑形状示意图；图3为实施例2的示意图；图4为实施例2中各光斑形状示意图；图5为实施例3的示意图。
[0023]图中：1、预热激光器；2、焊接激光器；3、退火激光器；4、红外测温系统；5、控制系统；61、预热反射系统；62、焊接反射系统；63本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接设备，其特征在于：包括预热激光器(1)、焊接激光器(2)、退火激光器(3)、红外测温系统(4)和控制系统(5)；预热激光器(1)输出预热激光束在待焊接部分(10)上形成预热光斑(11)，焊接激光器(2)输出焊接激光束在待焊接部分(10)上形成焊接光斑(12)，退火激光器(3)输出退火激光束在待焊接部分(10)上形成退火光斑(13)；预热光斑(11)、焊接光斑(12)、退火光斑(13)依次线性排布；红外测温系统(4)用于实时检测退火光斑(13)照射后的焊缝表面温度；控制系统（5）依据红外测温系统（4）反馈的信号，实时调整预热光斑(11)、焊接光斑(12)、退火光斑(13)之间的距离和预热激光器(1)、焊接激光器(2)、退火激光器(3)的功率。2.根据权利要求1所述的一种激光焊接设备，其特征在于：还包括分光系统(7)和退火反射系统(63)，所述分光系统(7)用于将退火激光器(3)输出的光束分光为第一退火激光束和第二退火激光束，第一退火激光束直接输出到待焊接部分(10)上形成第一退火光斑(131)，第二退火激光束通过反射系统反射到待焊接部分(10)上形成第二退火光斑(132)；预热光斑(11)、焊接光斑(12)、第一退火光斑(131)、第二退火光斑(132)依次线性排布。3.根据权利要求2所述的一种激光焊接设备，其特征在于：所述分光系统(7)内设置有能量调节装置，所述能量调节装置分配并调节所述第一退火激光束和第二退火激光束的能量比。4.根据权利要求3所述的一种激光焊接设备，其特征在于：所述能量调节装置采用偏振器元件。5.根据权利要求3所述的一种激光焊接设备，其特征在于：第一退火激光束与第二退火激光束之间的能量比为1：1
‑
2：1。6.根据权利要求2或3所述的一种激光焊接设备，其特征在于：所述控制系统（5）依据红外测温系统（4）反馈的信号，实时调整预热光斑(11)、焊接光斑(12)、第一退火光斑(131)、第二退火光斑(132)之间的距离和预热激光器(1)、焊接激光器(2)、退火激光器(3)的功率。7.根据权利要求1所述的一种激光焊接设备，其特征在于：还包括预热反射系统(61)、焊接反射系统(62)和退火反射系统(63)，预热激光器(1)、焊接激光器(2)和退火激光器(3)的输出光束分别通过预热反射系统(61)、焊接反射系统(62)和退火反射系统(63)反射到待焊接部分(10)上。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭漩，敖家昕，申刚，刘宴君，泮战侠，
申请(专利权)人：苏州亚太精睿传动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：