Способ лазерной сварки
Владельцы патента RU 2768618:
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ" (RU)
Изобретение относится к области лазерной сварки материалов и может быть использовано в атомной, авиационной и космической промышленности, а также для создания сложного высокотехнологичного оборудования, например, в медицине. В процессе сварки деталей создают колебательное перемещение лазерного луча относительно направления перемещения лазерной оптической головки, которое осуществляют колебательным перемещением узла фокусирующей линзы. Узел фокусирующей линзы приводят в движение с помощью пьезоактюатора, подавая на пьезоактюатор импульсы электрического напряжения с частотой в диапазоне 10-300 Гц. Техническим результатом изобретения является упрощение способа лазерной сварки материалов и повышение надежности устройства, осуществляющего данный способ. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области лазерной сварки материалов и может быть использовано в атомной, авиационной и космической промышленности, а также для создания сложного высокотехнологичного оборудования, например, в медицине.
Лазерная сварка отличается высокой точностью и производительностью, однако технология лазерной сварки предъявляет определенные требования к подготовке свариваемых деталей, связанные с небольшими размерами лазерного луча. В частности, эти требования относятся к подготовке кромок свариваемых деталей и зазору между ними. Для возможности увеличения необходимого технологического зазора применяются различные сканирующие системы, которые в процессе сварки деталей создают колебательное перемещение лазерного луча относительно направления перемещения лазерной оптической головки.
Из существующего уровня техники известен способ [1], реализованный посредством устройства, которое представляет собой лазерную оптическую головку с подвижными зеркалами для выполнения сварочных операций. Два подвижных зеркала обеспечивают колебательное движение лазерного луча в относительно небольшом угле сканирования. Подвижные зеркала могут быть гальванометрическими зеркалами, которые приводятся в движение системой управления, включающей в себя контроллер.
Недостатком данного технического решения является его сложность и недостаточно высокая надежность, обусловленная применением в фокусирующей системе двух подвижных зеркал. Известен способ [2], реализованный посредством устройства, включающего в себя подвижную конструкцию лазерной оптической головки, состоящей из неподвижного внешнего корпуса и внутреннего корпуса, установленного в нем с возможностью перемещения. Во внутреннем корпусе располагается оптический блок, содержащий коллимирующую и фокусирующую линзы, направляющие лазерный луч, генерируемый иттербиевым волоконным (YAG) лазерным источником на свариваемый участок.
Недостатком этого способа является его сложность и недостаточно высокая надежность, обусловленная наличием большого числа конструктивных элементов.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение является обеспечение качественной сварки деталей в автоматическом режиме при упрощении способа сварки и повышении его надежности.
Техническим результатом данного изобретения является упрощение способа лазерной сварки материалов и повышение надежности устройств, использующих данный способ.
Для достижения указанного технического результата в известном способе лазерной сварки, при котором в процессе сварки деталей создают колебательное перемещение лазерного луча относительно направления перемещения лазерной оптической головки, предложено колебательное движение лазерного луча создавать колебательным перемещением узла фокусирующей линзы, причем узел фокусирующей линзы приводить в движение с помощью пьезоактюатора, подавая на пьезоактюатор импульсы электрического напряжения с частотой в диапазоне 10-300 Гц. Узел фокусирующей линзы снабжают четырьмя опорами - двумя дополнительно введенными, диаметрально расположенными полуосями, размещенными на опорах вращения, жестко закрепленных в стенке корпуса оптической лазерной головки и двумя опорами, расположенными в перпендикулярной плоскости, первой из этих опор является пьезоактюатор, а второй - пружина.
На фиг. 1 представлена схема способа лазерной сварки с помощью одной из возможных конструкций лазерной оптической головки, реализующих способ.
На фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - колебание лазерного луча относительно оси распространения излучения.
На фиг. 4 - вид сверху фиг. 3.
Лазерная оптическая головка содержит корпус 1, коллимирующую линзу 2, узел фокусирующей линзы 3 с двумя диаметрально расположенными полуосями 4, размещенными на опорах вращения 5, жестко закрепленных в стенке корпуса 1, механизм колебания лазерного луча, включающий пьезоактюатор 6, и подпружиненную опору 7.
В процессе сварки деталей 8 и 9 при перемещении в автоматическом режиме 10 лазерной оптической головки на пьезоактюатор 6 подают импульсы электрического напряжения с частотой в диапазоне 10-300 Гц, свободный конец пьезоактюатора 6 начинает изгибаться, подпружиненная опора 7 давит на узел фокусирующей линзы 3, поворачивая его вместе с фокусирующей линзой в опорах вращения 5, тем самым отклоняя луч падающий на кромки свариваемых деталей 8 и 9, установленных с зазором 11, в результате чего происходит колебательное перемещение фокального пятна относительно продольной оси 12 зазора 11. Лазерный луч 13 при этом колеблется в пределах угла ± α относительно оси 14 распространения излучения (фиг. 3). Глубина резкости фокусирующей линзы 3 выбирается такой, что расфокусировки при колебании лазерного луча 13 не происходит.
Колебание лазерного луча позволяет увеличить допуск, необходимый для подготовки зазора между деталями, а при сварке деталей большой толщины обеспечивает расширение парогазового канала, улучшение дегазации, исключение возможности появления пор и других дефектов сварного шва.
Предложенный способ сварки позволяет осуществить качественную сварку материалов с управлением процесса изменения ширины сварного шва в пределах ± 5 мм, колебанием лазерного луча в пределах угла α ± 2.5°.
Источники использованной информации
1. N. Speker, J. Seebach. Verfahren und Vorrichtung zum 
von mindestenszwei 
Patent DE 102017211982 A1. - 2017-07-13.
2. G. Bostanjoglo, B. Burbaum. Optik mit beweglichem 
zum 
mit oszillierenden Strahlen und 
DE 102014210118 A1. - 2014-05-27.
1. Способ лазерной сварки, включающий создание в процессе сварки деталей колебательного движения лазерного луча относительно направления перемещения лазерной оптической головки, отличающийся тем, что колебательное движение лазерного луча создают колебательным перемещением узла фокусирующей линзы, причем узел фокусирующей линзы приводят в движение с помощью пьезоактюатора, подавая на пьезоактюатор импульсы электрического напряжения с частотой в диапазоне 10-300 Гц.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют узел фокусирующей линзы, содержащей четыре опоры, две из которых в виде диаметрально расположенных полуосей размещены на опорах вращения, жестко закрепленных в стенке корпуса оптической лазерной головки, и две других опоры, одна из которых является пьезоактюатором, а вторая – пружиной, расположены в перпендикулярной двум первым опорам плоскости.
