СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ
LASER WELDING METHOD

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.