CN102513702A - 真空激光焊接设备及方法 - Google Patents
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Abstract
真空激光焊接设备及方法，属于焊接技术领域。本发明为了解决焊接技术不便于实现柔性加工和损失能量的问题。设备：工作台装在真空舱体的底板上，三轴联动***装在真空舱体的内侧壁上，激光头装在三轴联动***上，抽真空***装在真空舱体的外侧壁上，激光头通过光纤与激光发生器连接，激光头通过电缆与数控装置连接，水冷机用于冷却激光头。方法：将工作台移出舱体外，将待焊接工件安装在工作台上，再移入舱体内，关闭舱门；启动抽真空***，待舱体内的真空度达到工件要求的真空度时，启动激光发生器、数控装置和水冷机，进行焊接；完成焊接后，向舱体注入空气，待舱体内的气压达到大气压后，开启舱门，取出工件。本发明用于工件焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光焊接设备及方法，具体涉及一种真空激光焊接设备及方法，属于焊接技术领域。
背景技术
现代工业技术的飞速进步，特别是航空航天工业的发展，对很多部件的焊接质量要求极高，特别是一些精密部件的焊接，通常焊接成为最后一道加工工序。真空电子束焊接通常用来进行一些精密零件的加工。但由于电子束枪体体积大，质量重，一方面真空室有效利用率低，同时运动机构的精密度也受到限制，也不便于实现柔性加工。常规激光焊接过程在空气中完成焊接，需要采用保护气体对焊缝金属进行保护，但一些对焊缝金属保护要求较高的零件则无法满足要求。同时，激光也属于一种高能粒子流，在空气中的传播势必与空气中的粒子发生碰撞，损失部分能量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的真空电子束焊接电子束枪体体积大，质量重，真空室有效利用率低，运动机构的精密度受到限制，不便于实现柔性加工，常规激光焊接激光在空气中的传播与空气中的粒子发生碰撞，损失能量及焊缝金属保护效果受限的问题，进而提供一种真空激光焊接设备及方法。
本发明的技术方案是：真空激光焊接设备包括真空舱体、工作台、抽真空***、三轴联动***、工业监控器、激光头、光纤导入密封口、电缆导入密封圈、水冷管道密封圈、光纤、电缆、水冷管道、数控装置、激光发生器和水冷机；
工作台安装在真空舱体的底板上，三轴联动***安装在真空舱体的内侧壁上，激光头安装在三轴联动***上，工业监控器安装在激光头上，抽真空***安装在真空舱体的外侧壁上，光纤的一端穿过真空舱体与激光头连接，光纤的另一端与置于真空舱体外部的激光发生器连接，电缆的一端穿过真空舱体与激光头连接，电缆的另一端与置于真空舱体外部的数控装置连接，水冷管道的一端穿过真空舱体置于激光头的下部，水冷管道的另一端与置于真空舱体外部的水冷机连接，光纤与真空舱体之间通过光纤导入密封圈连接，电缆与真空舱体之间通过电缆导入密封圈连接，水冷管道与真空舱体之间通过水冷管道密封圈连接，激光头的半径小于10mm，高度小于20mm。
本发明的技术方案是：真空激光焊接方法的具体步骤为：
步骤一、将工作台移出真空舱体外，将待焊接工件安装在工作台上，再将待焊接工件与工作台一同移入真空舱体内，关闭真空舱体的舱门，真空舱体的漏率不超过0.667Pa/h；
步骤二、启动抽真空***，待真空舱体内的真空度达到工件要求的真空度时，启动激光发生器、数控装置和水冷机，进行焊接；抽真空***在5分钟至15分钟范围内将真空舱体内的工作真空度达到1×10-2torr，极限真空度1×10-4torr；
步骤三、完成焊接后，向真空舱体注入空气，待真空舱体内的气压达到大气压后，开启真空舱体的舱门，取出工件。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明将激光头置于真空舱体内，激光束通过光纤由激光发生器导入真空舱体内，激光焊接在真空舱体内的真空环境下完成。焊接过程的监测借助工业监控器进行，激光头通过冷水机进行冷却，冷却效率高，真空舱体的密封性能好，抽真空***要求在短时间内使真空舱体达到较高真空度，真空舱体内装有工作台及三轴联动***，数控装置集成所有参数控制模块及激光头行走轨迹控制模块，并与工作台耦合，以实现空间轨迹的自动焊接。采用真空环境下激光焊接方法，与常规激光焊接相比，不需要保护气体，对焊缝金属的保护效果更好，同时避免了光束与空气中粒子的相互作用，提高了能量转化效率。而与真空电子束焊接相比，激光焊接头体积远远小于电子束焊枪，提高了真空舱体的利用率，也便于实现柔性加工。真空激光焊接将真空的良好保护气氛和激光焊接柔性加工性能好的优点结合起来，在民用和军用工业的精密结构件焊接中必将得到广泛应用。另一方面，全球目前正在大力开展太空探索，未来的空间站建设与维护以及探月工程的实施，难免会涉及到空间焊接技术。对于太空焊接的地面模拟试验，真空激光焊接设备及技术也必将得到应用。
附图说明
图1是本发明的真空激光焊接设备原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的真空激光焊接设备包括真空舱体1、工作台2、抽真空***3、三轴联动***4、工业监控器5、激光头6、光纤导入密封口7、电缆导入密封圈8、水冷管道密封圈9、光纤10、电缆11、水冷管道12、数控装置13、激光发生器14和水冷机15；
工作台2安装在真空舱体1的底板上，三轴联动***4安装在真空舱体1的内侧壁上，激光头6安装在三轴联动***4上，工业监控器5安装在激光头6上，抽真空***3安装在真空舱体1的外侧壁上，光纤10的一端穿过真空舱体1与激光头6连接，光纤10的另一端与置于真空舱体1外部的激光发生器14连接，电缆11的一端穿过真空舱体1与激光头6连接，电缆11的另一端与置于真空舱体1外部的数控装置13连接，水冷管道12的一端穿过真空舱体1置于激光头6的下部，水冷管道12的另一端与置于真空舱体1外部的水冷机15连接，光纤10与真空舱体1之间通过光纤导入密封圈7连接，电缆11与真空舱体1之间通过电缆导入密封圈8连接，水冷管道12与真空舱体1之间通过水冷管道密封圈9连接，激光头6的半径小于10mm，高度小于20mm。
激光器(激光器包括激光头及光纤)采用的是IPG公司QCW光纤激光器；或IPG公司YSL-600/6000-QCM-AC光纤激光器；或EdgeWave公司MX10III-A光纤激光器；或SPI公司Red Power 400W多模光纤激光器；或Laserline公司LDF 5000-40光纤耦合半导体激光器。
三轴联动***4采用的是大地数控200M三轴数控***或200Y三轴数控***；或金鹰数控科技有限公司JYSK 103M三轴数控***；或德国Engelhardt公司F33三轴数控***；或日本三菱M64SM三轴数控***；或南京新方达数控CNC-60MA-F三轴数控***。
水冷机15采用的是无锡正东LSD45PA水冷机；或九州同诚科技SL-03/04/05；或北京赫斯科技有限公司HS-C2/C3/C4/C5/C6循环水冷***；或伏安特磁电科技有限公司FL-P自循环水冷机。
抽真空***3采用的是依凡克真空***(上海)有限公司、广州恒泽真空设备有限公司、东莞普立真空设备有限公司、兰州真空设备有限公司或沈阳恒进真空科技有限公司生产的抽真空***。
工业监控器5采用的是丽视电子技术有限公司LSC-M500TG/LSC-C500Tpro高清CCD抓拍一体机；或艾菲特光电技术有限公司AFT-130UC/UM或AFT-2000UC。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的真空激光焊接方法的具体步骤为：
步骤一、将工作台2移出真空舱体1外，将待焊接工件安装在工作台2上，再将待焊接工件与工作台2一同移入真空舱体1内，关闭真空舱体1的舱门，真空舱体1的漏率不超过0.667Pa/h；
步骤二、启动抽真空***3，待真空舱体1内的真空度达到工件要求的真空度时，启动激光发生器14、数控装置13和水冷机15，进行焊接；抽真空***3在5分钟至15分钟范围内将真空舱体1内的工作真空度达到1×10-2torr，极限真空度1×10-4torr；
步骤三、完成焊接后，向真空舱体1注入空气，待真空舱体1内的气压达到大气压后，开启真空舱体1的舱门，取出工件。
具体实施方式三：本实施方式的步骤二中，抽真空***3在5分钟至12分钟范围内将真空舱体1内的工作真空度达到1×10-2torr。其它步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式的步骤二中，抽真空***3在12分钟至15分钟范围内将真空舱体1内的工作真空度达到1×10-2torr。其它步骤与具体实施方式二相同。
Claims (4)
1.一种真空激光焊接设备，其特征在于：真空激光焊接设备包括真空舱体(1)、工作台(2)、抽真空***(3)、三轴联动***(4)、工业监控器(5)、激光头(6)、光纤导入密封口(7)、电缆导入密封圈(8)、水冷管道密封圈(9)、光纤(10)、电缆(11)、水冷管道(12)、数控装置(13)、激光发生器(14)和水冷机(15)；
工作台(2)安装在真空舱体(1)的底板上，三轴联动***(4)安装在真空舱体(1)的内侧壁上，激光头(6)安装在三轴联动***(4)上，工业监控器(5)安装在激光头(6)上，抽真空***(3)安装在真空舱体(1)的外侧壁上，光纤(10)的一端穿过真空舱体(1)与激光头(6)连接，光纤(10)的另一端与置于真空舱体(1)外部的激光发生器(14)连接，电缆(11)的一端穿过真空舱体(1)与激光头(6)连接，电缆(11)的另一端与置于真空舱体(1)外部的数控装置(13)连接，水冷管道(12)的一端穿过真空舱体(1)置于激光头(6)的下部，水冷管道(12)的另一端与置于真空舱体(1)外部的水冷机(15)连接，光纤(10)与真空舱体(1)之间通过光纤导入密封圈(7)连接，电缆(11)与真空舱体(1)之间通过电缆导入密封圈(8)连接，水冷管道(12)与真空舱体(1)之间通过水冷管道密封圈(9)连接，激光头(6)的半径小于10mm，高度小于20mm。
2.采用权利要求1所述的真空激光焊接设备进行焊接的方法，其特征在于：真空激光焊接方法的具体步骤为：
步骤一、将工作台(2)移出真空舱体(1)外，将待焊接工件安装在工作台(2)上，再将待焊接工件与工作台(2)一同移入真空舱体(1)内，关闭真空舱体(1)的舱门，真空舱体(1)的漏率不超过0.667Pa/h；
步骤二、启动抽真空***(3)，待真空舱体(1)内的真空度达到工件要求的真空度时，启动激光发生器(14)、数控装置(13)和水冷机(15)，进行焊接；抽真空***(3)在5分钟至15分钟范围内将真空舱体(1)内的工作真空度达到1×10-2torr，极限真空度1×10-4torr；
步骤三、完成焊接后，向真空舱体(1)注入空气，待真空舱体(1)内的气压达到大气压后，开启真空舱体(1)的舱门，取出工件。
3.根据权利要求2所述的真空激光焊接方法，其特征在于：抽真空***(3)在5分钟至12分钟范围内将真空舱体(1)内的工作真空度达到1×10-2torr。
4.根据权利要求2所述的真空激光焊接方法，其特征在于：抽真空***(3)在12分钟至15分钟范围内将真空舱体(1)内的工作真空度达到1×10-2torr。
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