[发明专利]一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法

说明书

本发明公开了一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法，属于激光焊接领域，系统包括：半导体激光器，其有多个且并联布置，每个半导体激光器均电性连接有直流供电模块；调光组件，其包括聚焦透镜以及多个准直透镜，各准直透镜分别用于将各半导体激光器发出的激光束准直，聚焦透镜用于将经过准直后的多束激光束进行聚焦后输出，且各半导体激光器发出的聚焦点共同构成预设的光斑图形；上位机，其与各直流供电模块电性连接，上位机用于根据预设的光斑轨迹对各直流通道模块进行调制以使各半导体激光器按次序激发和关断，使各半导体激光器发出的聚焦点在待焊工件上构成光斑轨迹。本发明不但能够实现半导体激光器的高功率焊接，还便于实现光斑轨迹控制。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，特别涉及一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法。

背景技术

高功率激光焊接在船舶制造、高压容器、大型机床等领域有重要的应用。在高功率激光焊接过程中，被焊接材料在高功率激光的作用下气化而产生等离子体团，该等离子体团随焊接的进程而激烈演化。当等离子气团由于局部加热过快或者焊接区域的快速移动将产生激烈变化，例如形成湍流而爆裂，最终导致焊接过程的飞溅以及待焊工件中气孔和杂质的出现。因此为了得到更高质量的焊接效果，在高功率激光焊接中，激光的光斑形状和焊接轨迹需要精心设计，以便有效地缓解等离子体团的激烈变化和湍流的形成。

在激光焊接中，控制激光光斑的方法一般有环形光束[环形光斑激光器，CN202121460046.3]，或者利用振镜来摆动光斑[一种激光输出功率适应于扫描路径的激光扫描振镜焊接工艺，CN202110670404.1]，或者多光束焊接[一种多光束激光焊接纳米改性铝合金的方法及其装置，CN202110988263.8]，或者激光复合焊接[一种激光-电弧复合焊接头调节装置，CN201320060021.3]等几种技术途径。这些技术的主要核心思路就是既要给金属足够的加热时间使其完成融化、对流和凝固的焊接过程，又不要在某一时刻集中地加热等离子体团的某一个局部，从而避免等离子体团内部因过大的温差而形成湍流。上述的这些方法在CO₂激光和光纤激光焊接应用中得到了认可。

另一方面，对于固体激光器[脉冲氙灯泵浦激光焊接机的调压电源，CN201720803449.0]，通常采用灯泵浦的长脉宽技术或者调Q技术，利用脉冲激光的短暂、高峰值功率的特性来进行激光焊接，从而在等离子体团破裂之前完成整个焊接过程，减轻了等离子体团的负作用。

不过，上述这些方法都不太适合用于常规的半导体激光器，这主要原因是：1)半导体激光器的光束质量较差，需要经过精心的准直和排列，以便具有较长的工作距离满足振镜的要求，这导致了成本的上升；2)半导体激光器发出的激光的波长通常较短，其在等离子体团中穿透深，这更容易导致等离子体团的翻滚，因此使用半导体激光器进行焊接时需要更快的光斑变换速度；3)不锈钢、铝材和铜等常用金属对半导体激光器发出的激光的吸收系数高、温升快，因此使用半导体激光器进行焊接时需要更稳定的光斑控制技术。

虽然存在上述不利因素，但是半导体激光器具有更低的成本优势，这对高功率焊接设备的推广普及有重要作用，因此研发新型半导体激光焊接系统及其光斑控制技术则变得十分重要。

发明内容

针对现有技术存在的半导体激光器用于高功率焊接时由于光束质量差导致光斑难以控制的问题，本发明的目的在于提供一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种激光焊接系统，包括：

半导体激光器，所述半导体激光器有多个且并联布置，每个所述半导体激光器均电性连接有直流供电模块；