專利名稱：真空激光焊接設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光焊接設(shè)備及方法，具體涉及一種真空激光焊接設(shè)備及方法， 屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速進(jìn)步，特別是航空航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)很多部件的焊接質(zhì)量要求極高，特別是一些精密部件的焊接，通常焊接成為最后一道加工工序。真空電子束焊接通常用來進(jìn)行一些精密零件的加工。但由于電子束槍體體積大，質(zhì)量重，一方面真空室有效利用率低，同時(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密度也受到限制，也不便于實(shí)現(xiàn)柔性加工。常規(guī)激光焊接過程在空氣中完成焊接，需要采用保護(hù)氣體對(duì)焊縫金屬進(jìn)行保護(hù)，但一些對(duì)焊縫金屬保護(hù)要求較高的零件則無法滿足要求。同時(shí)，激光也屬于一種高能粒子流，在空氣中的傳播勢(shì)必與空氣中的粒子發(fā)生碰撞，損失部分能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的真空電子束焊接電子束槍體體積大，質(zhì)量重，真空室有效利用率低，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密度受到限制，不便于實(shí)現(xiàn)柔性加工，常規(guī)激光焊接激光在空氣中的傳播與空氣中的粒子發(fā)生碰撞，損失能量及焊縫金屬保護(hù)效果受限的問題，進(jìn)而提供一種真空激光焊接設(shè)備及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是真空激光焊接設(shè)備包括真空艙體、工作臺(tái)、抽真空系統(tǒng)、三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控器、激光頭、光纖導(dǎo)入密封口、電纜導(dǎo)入密封圈、水冷管道密封圈、光纖、電纜、水冷管道、數(shù)控裝置、激光發(fā)生器和水冷機(jī)；工作臺(tái)安裝在真空艙體的底板上，三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)安裝在真空艙體的內(nèi)側(cè)壁上，激光頭安裝在三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)上，工業(yè)監(jiān)控器安裝在激光頭上，抽真空系統(tǒng)安裝在真空艙體的外側(cè)壁上，光纖的一端穿過真空艙體與激光頭連接，光纖的另一端與置于真空艙體外部的激光發(fā)生器連接，電纜的一端穿過真空艙體與激光頭連接，電纜的另一端與置于真空艙體外部的數(shù)控裝置連接，水冷管道的一端穿過真空艙體置于激光頭的下部，水冷管道的另一端與置于真空艙體外部的水冷機(jī)連接，光纖與真空艙體之間通過光纖導(dǎo)入密封圈連接，電纜與真空艙體之間通過電纜導(dǎo)入密封圈連接，水冷管道與真空艙體之間通過水冷管道密封圈連接，激光頭的半徑小于10mm，高度小于20mm。本發(fā)明的技術(shù)方案是真空激光焊接方法的具體步驟為步驟一、將工作臺(tái)移出真空艙體外，將待焊接工件安裝在工作臺(tái)上，再將待焊接工件與工作臺(tái)一同移入真空艙體內(nèi)，關(guān)閉真空艙體的艙門，真空艙體的漏率不超過0. 667Pa/ h；步驟二、啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，待真空艙體內(nèi)的真空度達(dá)到工件要求的真空度時(shí)，啟動(dòng)激光發(fā)生器、數(shù)控裝置和水冷機(jī)，進(jìn)行焊接；抽真空系統(tǒng)在5分鐘至15分鐘范圍內(nèi)將真空艙體內(nèi)的工作真空度達(dá)到1\10、0燈，極限真空度1\10、0燈；
步驟三、完成焊接后，向真空艙體注入空氣，待真空艙體內(nèi)的氣壓達(dá)到大氣壓后， 開啟真空艙體的艙門，取出工件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明將激光頭置于真空艙體內(nèi)，激光束通過光纖由激光發(fā)生器導(dǎo)入真空艙體內(nèi)，激光焊接在真空艙體內(nèi)的真空環(huán)境下完成。焊接過程的監(jiān)測(cè)借助工業(yè)監(jiān)控器進(jìn)行，激光頭通過冷水機(jī)進(jìn)行冷卻，冷卻效率高，真空艙體的密封性能好，抽真空系統(tǒng)要求在短時(shí)間內(nèi)使真空艙體達(dá)到較高真空度，真空艙體內(nèi)裝有工作臺(tái)及三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控裝置集成所有參數(shù)控制模塊及激光頭行走軌跡控制模塊，并與工作臺(tái)耦合，以實(shí)現(xiàn)空間軌跡的自動(dòng)焊接。 采用真空環(huán)境下激光焊接方法，與常規(guī)激光焊接相比，不需要保護(hù)氣體，對(duì)焊縫金屬的保護(hù)效果更好，同時(shí)避免了光束與空氣中粒子的相互作用，提高了能量轉(zhuǎn)化效率。而與真空電子束焊接相比，激光焊接頭體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子束焊槍，提高了真空艙體的利用率，也便于實(shí)現(xiàn)柔性加工。真空激光焊接將真空的良好保護(hù)氣氛和激光焊接柔性加工性能好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，在民用和軍用工業(yè)的精密結(jié)構(gòu)件焊接中必將得到廣泛應(yīng)用。另一方面，全球目前正在大力開展太空探索，未來的空間站建設(shè)與維護(hù)以及探月工程的實(shí)施，難免會(huì)涉及到空間焊接技術(shù)。對(duì)于太空焊接的地面模擬試驗(yàn)，真空激光焊接設(shè)備及技術(shù)也必將得到應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的真空激光焊接設(shè)備原理圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的真空激光焊接設(shè)備包括真空艙體1、工作臺(tái)2、抽真空系統(tǒng)3、三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)4、工業(yè)監(jiān)控器5、激光頭6、光纖導(dǎo)入密封口 7、電纜導(dǎo)入密封圈8、水冷管道密封圈9、光纖10、電纜11、水冷管道12、數(shù)控裝置 13、激光發(fā)生器14和水冷機(jī)15 ；工作臺(tái)2安裝在真空艙體1的底板上，三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)4安裝在真空艙體1的內(nèi)側(cè)壁上，激光頭6安裝在三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)4上，工業(yè)監(jiān)控器5安裝在激光頭6上，抽真空系統(tǒng)3 安裝在真空艙體1的外側(cè)壁上，光纖10的一端穿過真空艙體1與激光頭6連接，光纖10的另一端與置于真空艙體1外部的激光發(fā)生器14連接，電纜11的一端穿過真空艙體1與激光頭6連接，電纜11的另一端與置于真空艙體1外部的數(shù)控裝置13連接，水冷管道12的一端穿過真空艙體1置于激光頭6的下部，水冷管道12的另一端與置于真空艙體1外部的水冷機(jī)15連接，光纖10與真空艙體1之間通過光纖導(dǎo)入密封圈7連接，電纜11與真空艙體1之間通過電纜導(dǎo)入密封圈8連接，水冷管道12與真空艙體1之間通過水冷管道密封圈 9連接，激光頭6的半徑小于10mm，高度小于20mm。激光器(激光器包括激光頭及光纖)采用的是IPG公司QCW光纖激光器；或IPG 公司YSL-600/6000-QCM-AC光纖激光器；或EdgeWave公司MX10III-A光纖激光器；或SPI 公司Red Power 400W多模光纖激光器；或Laserline公司LDF 5000-40光纖耦合半導(dǎo)體激光器。三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)4采用的是大地?cái)?shù)控200M三軸數(shù)控系統(tǒng)或200Y三軸數(shù)控系統(tǒng)；或金鷹數(shù)控科技有限公司JYSK 103M三軸數(shù)控系統(tǒng)；或德國(guó)Engelhardt公司F33三軸數(shù)控系統(tǒng)；或日本三菱M64SM三軸數(shù)控系統(tǒng)；或南京新方達(dá)數(shù)控CNC-60MA-F三軸數(shù)控系統(tǒng)。水冷機(jī)15采用的是無錫正東LSD45PA水冷機(jī)；或九州同誠(chéng)科技SL-03/04/05 ；或北京赫斯科技有限公司HS-C2/C3/C4/C5/C6循環(huán)水冷系統(tǒng)；或伏安特磁電科技有限公司 FL-P自循環(huán)水冷機(jī)。抽真空系統(tǒng)3采用的是依凡克真空系統(tǒng)(上海)有限公司、廣州恒澤真空設(shè)備有限公司、東莞普立真空設(shè)備有限公司、蘭州真空設(shè)備有限公司或沈陽恒進(jìn)真空科技有限公司生產(chǎn)的抽真空系統(tǒng)。工業(yè)監(jiān)控器5采用的是麗視電子技術(shù)有限公司LSC-M500TG/LSC-C500Tpro高清 CCD抓拍一體機(jī)；或艾菲特光電技術(shù)有限公司AFT-130UC/UM或AFT-2000UC。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的真空激光焊接方法的具體步驟為步驟一、將工作臺(tái)2移出真空艙體1外，將待焊接工件安裝在工作臺(tái)2上，再將待焊接工件與工作臺(tái)2 —同移入真空艙體1內(nèi)，關(guān)閉真空艙體1的艙門，真空艙體1的漏率不超過 0. 667Pa/h ；步驟二、啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)3，待真空艙體1內(nèi)的真空度達(dá)到工件要求的真空度時(shí)， 啟動(dòng)激光發(fā)生器14、數(shù)控裝置13和水冷機(jī)15，進(jìn)行焊接；抽真空系統(tǒng)3在5分鐘至15分鐘范圍內(nèi)將真空艙體1內(nèi)的工作真空度達(dá)到1\10_2切燈，極限真空度1\10、0^·；步驟三、完成焊接后，向真空艙體1注入空氣，待真空艙體1內(nèi)的氣壓達(dá)到大氣壓后，開啟真空艙體1的艙門，取出工件。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的步驟二中，抽真空系統(tǒng)3在5分鐘至12分鐘范圍內(nèi)將真空艙體1內(nèi)的工作真空度達(dá)到lX10_2torr。其它步驟與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的步驟二中，抽真空系統(tǒng)3在12分鐘至15分鐘范圍內(nèi)將真空艙體1內(nèi)的工作真空度達(dá)到lX10-2torr。其它步驟與具體實(shí)施方式
二相同。
權(quán)利要求
1.一種真空激光焊接設(shè)備，其特征在于真空激光焊接設(shè)備包括真空艙體(1)、工作臺(tái) (2)、抽真空系統(tǒng)(3)、三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)(4)、工業(yè)監(jiān)控器(5)、激光頭(6)、光纖導(dǎo)入密封口(7)、 電纜導(dǎo)入密封圈(8)、水冷管道密封圈(9)、光纖(10)、電纜(11)、水冷管道(12)、數(shù)控裝置 (13)、激光發(fā)生器(14)和水冷機(jī)(15)；工作臺(tái)(2)安裝在真空艙體(1)的底板上，三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)(4)安裝在真空艙體(1)的內(nèi)側(cè)壁上，激光頭(6)安裝在三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)(4)上，工業(yè)監(jiān)控器( 安裝在激光頭(6)上， 抽真空系統(tǒng)(3)安裝在真空艙體(1)的外側(cè)壁上，光纖(10)的一端穿過真空艙體(1)與激光頭(6)連接，光纖(10)的另一端與置于真空艙體(1)外部的激光發(fā)生器(14)連接，電纜 (11)的一端穿過真空艙體(1)與激光頭(6)連接，電纜(11)的另一端與置于真空艙體(1) 外部的數(shù)控裝置(1 連接，水冷管道(1 的一端穿過真空艙體(1)置于激光頭(6)的下部，水冷管道(1 的另一端與置于真空艙體(1)外部的水冷機(jī)(1 連接，光纖(10)與真空艙體⑴之間通過光纖導(dǎo)入密封圈(7)連接，電纜(11)與真空艙體⑴之間通過電纜導(dǎo)入密封圈(8)連接，水冷管道(1 與真空艙體(1)之間通過水冷管道密封圈(9)連接，激光頭(6)的半徑小于10mm，高度小于20mm。
2.采用權(quán)利要求1所述的真空激光焊接設(shè)備進(jìn)行焊接的方法，其特征在于真空激光焊接方法的具體步驟為步驟一、將工作臺(tái)(2)移出真空艙體(1)外，將待焊接工件安裝在工作臺(tái)(2)上，再將待焊接工件與工作臺(tái)(2) —同移入真空艙體(1)內(nèi)，關(guān)閉真空艙體(1)的艙門，真空艙體 (1)的漏率不超過0. 667Pa/h ；步驟二、啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)(3)，待真空艙體(1)內(nèi)的真空度達(dá)到工件要求的真空度時(shí)， 啟動(dòng)激光發(fā)生器(14)、數(shù)控裝置(1 和水冷機(jī)(15)，進(jìn)行焊接；抽真空系統(tǒng)C3)在5分鐘至 15分鐘范圍內(nèi)將真空艙體(1)內(nèi)的工作真空度達(dá)到1 X 10_2torr，極限真空度1 X IO^torr ；步驟三、完成焊接后，向真空艙體(1)注入空氣，待真空艙體(1)內(nèi)的氣壓達(dá)到大氣壓后，開啟真空艙體(1)的艙門，取出工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空激光焊接方法，其特征在于抽真空系統(tǒng)(3)在5分鐘至12分鐘范圍內(nèi)將真空艙體(1)內(nèi)的工作真空度達(dá)到lXl(T2torr。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空激光焊接方法，其特征在于抽真空系統(tǒng)(3)在12分鐘至15分鐘范圍內(nèi)將真空艙體(1)內(nèi)的工作真空度達(dá)到lX10_2torr。
全文摘要
真空激光焊接設(shè)備及方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決焊接技術(shù)不便于實(shí)現(xiàn)柔性加工和損失能量的問題。設(shè)備工作臺(tái)裝在真空艙體的底板上，三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)裝在真空艙體的內(nèi)側(cè)壁上，激光頭裝在三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)上，抽真空系統(tǒng)裝在真空艙體的外側(cè)壁上，激光頭通過光纖與激光發(fā)生器連接，激光頭通過電纜與數(shù)控裝置連接，水冷機(jī)用于冷卻激光頭。方法將工作臺(tái)移出艙體外，將待焊接工件安裝在工作臺(tái)上，再移入艙體內(nèi)，關(guān)閉艙門；啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，待艙體內(nèi)的真空度達(dá)到工件要求的真空度時(shí)，啟動(dòng)激光發(fā)生器、數(shù)控裝置和水冷機(jī)，進(jìn)行焊接；完成焊接后，向艙體注入空氣，待艙體內(nèi)的氣壓達(dá)到大氣壓后，開啟艙門，取出工件。本發(fā)明用于工件焊接。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102513702SQ20121000219
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者馮吉才, 張秉剛, 王廷, 陳國(guó)慶 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)