[发明专利]激光焊接装置,气体屏蔽装置和用于控制激光焊接装置的方法

说明书

本发明涉及激光焊接装置，气体屏蔽装置和用于控制激光焊接装置的方法。

激光焊接技术使用具有10⁵-10⁶W/cm²的高能量密度的激光束，这等于电子束的能量密度。因为激光焊接技术还使用快速加热处理，因而，和其它的焊接技术相比，只需要1/10的功率被输入到要被焊接的部件中，其不会使部件发生热变形，并且几乎永远不会使部件受到热影响。因此，激光焊接技术可以在大气中以高的速度精确地焊接由金属材料制成的部件。具体地说，在使用YAG激光的激光技术中，因为YAG激光束被以高的程度被吸收进入要被焊接的部件中，所以所述部件可以被高效率地焊接。并且，因为激光束可以通过光纤传输，所以YAG激光焊接技术在其焊接位置和焊接结构方面具有大的自由度。由上述的优点看来，激光焊接技术被认为是一种有前途的用于制造精密的结构物体的焊接技术。

然而，虽然激光技术具有上述的优点，但是，迄今为止，由于下述原因，激光技术几乎根本不适用于制造结构物体：

首先，和使用螺栓和螺母的机械连接技术相比，激光焊接技术通过焊接可以制造小的结构物体，因而提高制造效率，但是其具有复杂的焊接处理现象，因此难于借助于视觉检查判断激光焊接技术的焊接质量，因此，需要使用各种设备进行非破坏性或破坏性试验，并且有时需要进行耐用性评价或者环境耐受性评价。结果，激光焊接技术在评价焊接质量时需要大量时间。

此外，在激光焊接技术中，因为使用具有不大于1mm的光点直径的激光束，所以焊珠的宽度非常小。因此，要被焊接的部件之间的间距必须被高度精确地控制。此外，因为焊接质量可以受要被焊接的部件的尺寸的波动和焊接处理条件的微小的差别的影响，所以部件的尺寸和焊接处理条件必须被严密地监视。此外，在激光焊接技术中，因为要被使用的激光束具有小的光点尺寸，它们必须高度精确地沿着焊缝移动，因而，激光束的位置必须被高度精确地控制和确定。从激光束位置的精确控制和确定方面看来，尝试精确地制造构成激光焊接装置的零件，并在激光焊接装置上提供夹具。此外，还尝试利用检测器对焊接位置进行反馈控制。然而，上述装置需要高的成本，因而不能普遍采用。

此外，虽然在激光焊接技术中，可以在大气中进行焊接处理，这在电子束焊接技术中是不可能的，但是大气焊接可能在由金属材料制成的要被焊接的部件的焊接部分通过氧化形成氧化膜和离析化合物。因此，如果通过上述的大气焊接处理制造超真空设备，例如用于观察磁膜中的钠米数量级的磁状态的扫描电子显微镜或旋转电子显微镜，可能从氧化膜中发出各种气体，和在设备的焊接部分形成的离析化合物，因而使设备的可靠性变劣。因而，需要抑制氧化膜的形成并把离析化合物减到最小。

按照常规，为了阻止氧化膜和离析化合物的形成要被焊接的每个部分被设置在钢制的壳体中，然后，把钢制壳体抽空，在具有抗氧化物屏蔽气体的环境中进行激光焊接处理。然而，这种常规的方法需要大的和复杂的设备。

本发明的目的在于提供一种激光焊接装置、气体屏蔽装置和用于控制激光焊接装置的方法，其具有上述的激光焊接技术的优点，而没有上述激光焊接技术的缺点，并且可以在制造超高真空装置例如扫描电子显微镜，旋转电子显微镜或和电子显微镜相连的电子旋转分析仪中加以利用。

为了实现上述目的，本发明提供一种激光焊接装置，所述装置包括激光焊头和激光焊头位置控制装置，

所述激光焊头包括激光照射本体，其具有惰性气体喷嘴，用于向要被焊接的部分喷射惰性气体，还具有在所述惰性气体喷嘴的外侧的至少一个屏蔽气体喷嘴，用于向焊接部分的周围区域喷射屏蔽气体，以及多个半导体激光器，用于振荡用于测量要被焊接的部件的焊接状态的多个直线激光束，

所述激光焊头位置控制装置包括成像装置，所述成像装置中具有带通滤波器，以便只使反射的直线激光束通过，从而利用反射的激光束作为图像拍摄被测量的焊接状态，以及图像处理器，用于处理被测量的焊接状态的图像。

其中的术语“半导体激光器”也包括“发光二极管(LED)”。

此外，本发明涉及一种用于激光焊接的气体屏蔽装置，包括惰性气体喷嘴，用于对要被焊接的部件的焊接部分喷射惰性气体，还包括在所述惰性气体喷嘴的外侧的至少一个屏蔽气体喷嘴，用于向焊接部分的周围区域喷射屏蔽气体，

此外，本发明还提供一种用于控制激光焊接装置的方法，包括以下步骤：

从被提供在激光焊接装置上的多个半导体激光器向要被焊接的部件的焊接部分照射多个直线激光束，