[发明专利]一种激光焦点定量化的方法及焦点定量化装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种激光焦点定量化的方法及焦点 定量化装置。

背景技术

焦点位置(离焦量、焦距)对焊接效果的影响。焊接时，激光光束的聚焦特 性(包括焦距和离焦量)对焊接质量有影响，采用短焦距可获得较高的能量密度， 光斑小,要求工件配合间隙要小。长焦距能量密度低，焦距较大，但仍可维持一 定的能量密度。对接头定位的精度不高时，能量密度足够用于焊接时，可采用长 焦距焊接。焦平面位于工件上方的为正离焦，反之为负离焦。正、负离焦量相等 时，平面上的功率密度近似相同，但熔池形状不同。在实际运用中，薄板焊接时， 熔深小，适宜用正离焦；熔深较大时，采用负离焦；因此焦点位置对焊接效果影 响非常明显，如何准确找到焦点位置，找到合适的离焦量至关重要。

现在实用的找激光焦点的方法是：通过在不锈钢试片点焊，通过调节焊接头 高度，不断观察焊点火花强度变化或者听焊接声音的响度，焊接火花最强焊接声 音最大位置即为焦点位置。这种方法对于少量激光焊接设备的调试非常实用，但 仍而大批量激光焊接机进行工艺复制时，焊接效果会相差非常大，究其原因主要 是由于激光焊接的激光束存在一定距离的束腰，如图1所示，在束腰范围内均可 认为是焦点位置，另外依靠人的视觉与听觉寻找过程中仅仅依靠感知和经验存在 不可靠性；因此对于激光焊接焦点定量是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免束腰以及人的感知对焦点位置造成影响，避 免在批量化激光焊接机工艺复制过程中出现焊接效果差异的激光焦点定量化的 方法及焦点定量化装置。

本发明提供一种激光焦点定量化的方法，包括如下步骤：

第一步：具有一斜面的焦点量块固定在夹具上；

第二步：固定在夹具上的焦点量块置于激光焊接系统的聚焦透镜正下方焦点 的附近；

第三步：激光焊接系统发出的激光束从上至下依序在焦点量块的斜面上等间 距的焊一排焊点；

第四步：将焊接有一排焊点的焦点量块置于显微镜下观察，确定焊点直径最 小的焊点作为焦点位置；

第五步：根据焊点位置调整激光焊接系统的聚焦透镜至焦点量块的焊点位置 的高度H，确定聚焦透镜的焦点所对应的焦点量块的焦点位置；

第六步：调整完成后，激光焊接系统通过聚焦透镜发出的激光束焊接在焦点 量块的焦点位置。

其中，所述第二步，相邻焊点之间的间距为0.5mm。

其中，所述第四步，在显微镜下发现：焊点的直径从大到小、再从小到大的 逐渐变化，并找到焊点直径最小的焊点。

其中，所述第四步，通过观察焦点量块的背痕严重程度来确定焊点最小直径 的位置作为焦点位置，焦点量块的背痕最严重的位置是焊点位置。

其中，如果出现多个焊点直径大小相同及背痕程度相识的位置，取其中间位 置作为焊点位置。

其中，所述第五步，确定激光束的焦点位置，包括如下步骤：

A1：通过刻度测量最小直径的焊点或背痕最严重的位置到焦点量块底面的距 离H1；

A2：测量夹具与焦点量块的焊点位置之间高度为H2；

A3：计算聚焦透镜至焦点量块的焊点位置的调整高度H，H＝H2-H1；

A4：调整激光焊接系统的聚焦透镜高度，调整值H。

其中，所述焦点量块由不锈钢制成的。

本发明又提供一种焦点定量化装置，该焦点定量化装置包括激光焊接系统、 位于激光焊接系统下的不锈钢斜块、以及固定不锈钢斜块的夹具，其中，激光焊 接系统包括光聚焦透镜，所述不锈钢斜块具有斜面，该斜面为激光焊接系统激光 焊接的面，不锈钢斜块的斜面位于聚焦透镜的正下方的焦点附近。

其中，所述不锈钢斜块为焦点量块。

其中，激光焊接系统还包括光纤、X轴可移动的反射镜、以及Y轴的可移动的 反射镜。

本发明通过确定激光焊接系统所焊接工件的焦点位置，避免在批量化激光焊 接机工艺复制过程中出现焊接效果差异的激光焦点定量化的方法及焦点定量化 装置，且本发明与现有技术相比，结构简单、使用方便、成本低，实现了焦点的 定量化。

附图说明

图1所示为现有激光腰束的结构示意图；

图2所为本发明激光焦点定量化装置的工作示意图；

图3所示为本发明焦点量块在夹具上的示意图；