專利名稱：一種自聚焦激光焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供了一種自聚焦激光焊接裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及激 光焊接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光焊接以焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊縫組織細(xì)化、焊接變形小以及適應(yīng)性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足汽車工業(yè)的要求，近年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并且具有焊接速度 快，深寬比大，焊縫處的熱應(yīng)變值較低，熱影響區(qū)小等特點(diǎn)；同時(shí)通過(guò)激光束的聚焦給工件 邊緣提供焊接需要的高能量，聚焦點(diǎn)的直徑可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米，保留了材料的原有成形 性能，可實(shí)現(xiàn)一體成形。但是其激光聚焦主要采用透鏡或透鏡組實(shí)現(xiàn)激光的聚焦。在高強(qiáng) 度脈沖激光照射下，聚焦透鏡容易損壞且焦點(diǎn)光斑較大；并且透鏡組的成本較高，靈活性不 夠，而且由于熱透鏡 效應(yīng)，聚焦焦點(diǎn)容易漂移。利用強(qiáng)激光在高非線性介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng)，采用高非線性系數(shù)的克爾介質(zhì)作為 強(qiáng)激光的聚焦介質(zhì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光的自聚焦，相比聚焦透鏡或透鏡組，具有成本低，聚焦光斑 小，且焦點(diǎn)位置穩(wěn)定的特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種自聚焦激光焊接裝置。該裝置的激光聚焦不需要 傳統(tǒng)的聚焦透鏡或透鏡組，而是利用強(qiáng)激光在高非線性介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光的 聚焦。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、焦距可調(diào)和焦斑直徑極細(xì)等特點(diǎn)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為本實(shí)用新型包括激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作臺(tái)5。所述的激光器為高功率激光器，可以是Nd:YAG、二氧化碳激光器或者鈦寶石激光 器；用于提供高功率激光。所述的全反射板是鍍高反射膜的反光板，用來(lái)調(diào)節(jié)光路，控制激光方向。所述的工字型支架為一體成型的剛性工件，它與全反射板和激光自聚焦管剛性連 接，用來(lái)控制光路；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)反光板來(lái)調(diào)節(jié)光路方向時(shí)，保持光束總是嚴(yán)格垂直照射激光自聚焦管。所述的激光自聚焦管為玻璃管，其壁厚度為1 2mm，管壁外徑為1 3cm，管長(zhǎng)為 1 5cm的透明玻璃管，石英入射窗和出射窗與玻璃管兩端用高性能膠水粘牢、密封；自聚 焦玻璃管中充滿高非線性系數(shù)的液體為CS2液體或者CCl4液體。所述的工作臺(tái)是采用耐高溫的材質(zhì)做成，用來(lái)放置被焊接的物體。本實(shí)用新型的工作原理是強(qiáng)激光從激光器中出射，經(jīng)過(guò)全反射板調(diào)節(jié)光路并反 射，反射光垂直照射到激光自聚焦管中，當(dāng)激光入射到高非線性系數(shù)的液體中時(shí)，由于液體 的高非線性效應(yīng)，當(dāng)激光功率密度在一定的閾值之上時(shí)，產(chǎn)生克爾效應(yīng)，激光發(fā)生自聚焦， 從激光自聚焦管的出射窗口射出；焦距可由注滿高非線性系數(shù)液體的自聚焦玻璃管長(zhǎng)度確定。

圖1是一種自聚焦激光焊接裝置；圖2是激光自聚焦管示意圖。1 一激光器，2—全反射板，3—工字型支架，4一激光自聚焦玻璃管，5 —工作臺(tái)； 41一激光自聚焦玻璃管的透明石英窗，42—激光自聚焦玻璃管身，43—高非線性系數(shù)液體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 參見附圖1，一種自聚焦激光焊接裝置，其構(gòu)造為激光器1、全反射板2、工字型支 架3、激光自聚焦管4和工作臺(tái)5。激光器為Nd: YAG脈沖激光器，發(fā)出的激光波長(zhǎng)為1062nm， 全反射板為鍍銀高反射玻璃板，反射率為99. 99%，工字型支架為鋼質(zhì)，寬度為3cm，厚度為 5mm ；激光自聚焦管的石英入射窗的厚度為2mm，直徑為2cm ；玻璃管的直徑為2cm，管壁厚 度為1mm，管長(zhǎng)為2cm ；玻璃管中注入液態(tài)CS2,其線性折射率為和非線性系數(shù)分別為nQ = 1. 62, n2 = 1. 3X KT11esUt5入射的激光波長(zhǎng)為λ = 532nm，此時(shí)CS2的折射率滿足方程(1)，η = n0+n21A |2(1)其中A為入射激光的振幅，它與激光強(qiáng)度的關(guān)系為ι = IAl20可以看出，CS2的折 射率隨著激光功率密度的增大而增大，當(dāng)激光功率密度達(dá)到或超過(guò)閾值功率密度100KW/ cm2時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)激光光束的自聚焦，激光聚焦后的功率密度最高可以達(dá)到400KW/cm2。
權(quán)利要求一種自聚焦激光焊接裝置，其特征為由激光器(1)、全反射板(2)、工字型支架(3)、激光自聚焦玻璃管(4)和工作臺(tái)(5)構(gòu)成，激光器發(fā)出的強(qiáng)激光經(jīng)過(guò)鍍高反射膜的反光板調(diào)節(jié)光束垂直照射到激光自聚焦管的入射窗口上，進(jìn)入到激光自聚焦玻璃管，入射到管中高非線性系數(shù)的液體中，由于液體的高非線性效應(yīng)，當(dāng)激光強(qiáng)度在一定的閾值之上時(shí)，激光發(fā)生自聚焦，從出射窗口射出，本裝置適合于激光焊接及其應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自聚焦激光焊接裝置，其特征在于激光自聚焦玻璃管 (4)中注滿CS2或者CCl4或者其它高非線性系數(shù)液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自聚焦激光焊接裝置，其特征在于激光自聚焦玻璃管 (4)的石英入射窗的厚度為1 4mm，直徑為1 3cm，玻璃管的直徑為1 3cm，管壁厚度 為1 3mm,管長(zhǎng)為1 5cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自聚焦激光焊接裝置，其特征在于工字型支架(3)為 一體成型的剛性工件，它與全反射板和激光自聚焦管剛性連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種自聚焦激光焊接裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及激光焊接領(lǐng)域。一種自聚焦激光焊接裝置。該裝置中的激光聚焦不需要傳統(tǒng)的聚焦透鏡或透鏡組，而是利用強(qiáng)激光在高非線性介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光的聚焦。解決的技術(shù)問(wèn)題是目前用來(lái)激光聚焦的透鏡或者透鏡組的成本較高，靈活性不夠，而且由于熱透鏡效應(yīng)，聚焦焦點(diǎn)容易漂移等問(wèn)題。其特征為由激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦管4和工作臺(tái)5構(gòu)成。激光器發(fā)出的強(qiáng)激光經(jīng)過(guò)鍍高反射膜的反光板調(diào)節(jié)光束垂直照射到激光自聚焦管的入射窗口上，進(jìn)入到激光自聚焦玻璃管，入射到管中高非線性系數(shù)的液體中，由于液體的高非線性效應(yīng)，當(dāng)激光強(qiáng)度在一定的閾值之上時(shí)，激光發(fā)生自聚焦，從出射窗口射出，本裝置適合于激光焊接及其應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K26/04GK201586830SQ20092020205
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者侯強(qiáng)龍, 李可, 沈常宇 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院