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：
本發(fā)明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，能很好地滿足汽車工業(yè)的要求，近年來得到了越來越廣泛的應(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；同時通過激光束的聚焦給工件 邊緣提供焊接需要的高能量，聚焦點的直徑可以達(dá)到零點幾毫米，保留了材料的原有成形 性能，可實現(xiàn)一體成形。但是其激光聚焦主要采用透鏡或透鏡組實現(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，且焦點位置穩(wěn)定的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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)，實現(xiàn)激光的聚焦。 該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、焦距可調(diào)和焦斑直徑極細(xì)等特點。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 本發(fā)明包括激光器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，用來控制光路；當(dāng)轉(zhuǎn)動反光板來調(diào)節(jié)光路方向時，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CC14液體。 所述的工作臺是采用耐高溫的材質(zhì)做成，用來放置被焊接的物體。 本發(fā)明的工作原理是強(qiáng)激光從激光器中出射，經(jīng)過全反射板調(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，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，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-激光器，2-全反射板，3-工字型支架，4-激光自聚焦玻璃管，5-工作臺；41-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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 參見附圖l，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5。激光器為Nd: YAG脈沖激光器，發(fā)出的激光波長為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lmm，管長為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
n。 = 1. 62， n2 = 1. 3X 10—"esu。此時CS2的折射率滿足方程(1)，
n = no+n2|A|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I = |A|2?？梢钥闯?，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)到或超過閾值功率密度100KW/ cm2時，可以實現(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。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)，實現(xiàn)激光的聚焦。解決的技術(shù)問題是目前用來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)，聚焦焦點容易漂移等問題。其特征為由激光器1、全反射板2、工字型支架3、激光自聚焦玻璃管4和工作臺5構(gòu)成。激光器發(fā)出的強(qiáng)激光經(jīng)過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，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l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 中注滿或者CC14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，用來控制光路；當(dāng)轉(zhuǎn)動反光板 來調(diào)節(jié)光路方向時，保持光束總是嚴(yán)格垂直照射激光自聚焦管。工件的寬度為2 4cm，厚 度為4 8mm。
全文摘要
本發(fā)明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)，實現(xiàn)激光的聚焦。解決的技術(shù)問題是目前用來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)，聚焦焦點容易漂移等問題。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5構(gòu)成。激光器發(fā)出的強(qiáng)激光經(jīng)過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，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B23K26/00GK101733551SQ20091015478
公開日2010年6月16日 申請日期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 申請人:中國計量學(xué)院