耦入光具、激光焊接頭和具有真空室的激光焊接裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于激光焊接頭的耦入光具，用于在真空室中加工工件，該耦入光具包括具有靠近工件的端部的射束導(dǎo)管和設(shè)置在射束導(dǎo)管中的聚焦透鏡用于將激光射束聚焦在工件表面上，其中，在聚焦透鏡與射束導(dǎo)管的靠近工件的端部之間設(shè)置有保護玻璃。本發(fā)明還涉及具有這種耦入光具的激光焊接頭和激光焊接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在通過固體激光器激光焊接時在大氣中產(chǎn)生焊接故障，例如形成飛濺和滴流，由此使焊縫質(zhì)量和表面質(zhì)量變差。這可能導(dǎo)致限制能利用的參數(shù)范圍和/或使焊縫強度特性變差。經(jīng)常也需要重新加工工件。這使得在許多應(yīng)用中難以使用激光焊接或者說不可能實現(xiàn)這個使用。
[0003]在激光焊接時由于環(huán)境壓力降低嚴重地影響到工件中的能量耦入，這又影響到產(chǎn)生金屬蒸汽、毛細管大小而且也影響焊縫中的流動情況。為此，在真空室中、優(yōu)選地在低真空(1-1OOmbar)中執(zhí)行焊接過程。由此，與在大氣壓力時的激光焊接相比能夠產(chǎn)生大量工藝技術(shù)優(yōu)點:例如更好的焊縫質(zhì)量(與通過電子射束焊接的焊縫相比)、顯著減少形成金屬蒸汽火炬和焊煙、更高的焊入深度穩(wěn)定性、更大的焊入深度、顯著減少在工件底面上形成滴(滴流-問題)、更大的工藝窗口、更高的生產(chǎn)率、在新的應(yīng)用中使用激光焊接工藝、減小焊縫厚度、更小的熱負荷和更小的構(gòu)件變形、以及通超壓力影響焊縫幾何形狀的可行性。
[0004]在由現(xiàn)有技術(shù)已知的真空-焊接-裝置中(U.Reisgen, S.0lschok和S.Longerich:Laser Beam Welding in Vacuum-A Process Variat1n in Comparisonwith Electron Beam Welding,Proc.0f 29th Internat1nal Congress on Applicat1nsof Laser&Electro-Optics (ICALE0 2010))和 Y.Abe,M.Mizutani,Y.Kawahito,S.Katayama:Deep Penetrat1n Welding with High Power Laser Under Vacuum Proc.0f 29th Internat1nal Congress on Applicat1ns of Laser&Electro-Optics(ICALE02010)，激光焊接頭定位在真空室的耦入窗上方，由此使得由激光焊接頭產(chǎn)生的激光射束通過耦入窗耦入到真空室中，要加工的工件位于所述真空室中。在工業(yè)技術(shù)上實現(xiàn)這種用于低壓激光焊接的裝置時的問題是，可能弄臟所述真空室的耦入窗，通過耦入窗耦入激光射束。耦入窗用作光學(xué)接口并且影響穿過的激光射束的光學(xué)參數(shù)。除了吸收和反射以外，也產(chǎn)生光學(xué)像差。這些光學(xué)像差隨著耦入窗口臟污的增加而增大。如果焊接飛濺和/或金屬蒸汽粘附在耦入窗上(它們也可能在真空中例如在切入過程中發(fā)生)，產(chǎn)生劇烈地加熱耦入窗并且通過合成的透鏡作用導(dǎo)致強烈的激光射束焦點偏移，由此使焊接過程不再可能保持穩(wěn)定。
[0005]由
[0006]http: //www.de.trumpf.com/de/produkte/lasertechnik/produkte/festkoerperlaser/st rahlfuehrung/fokussieroptiken/be0.html已矢口一種用于激光焊接設(shè)備的耦入光具(BEO)，其中，設(shè)有氣體繞流的保護玻璃。該耦入光具也定位在封閉的壓力室外部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是，建議一種耦入光具、一種激光焊接頭和一種具有真空室的激光焊接裝置，其中能盡可能避免真空室的耦入窗的臟污。
[0008]該目的按照本發(fā)明通過如權(quán)利要求1所述的耦入光具、如權(quán)利要求12所述的激光焊接頭和如權(quán)利要求14所述的激光焊接裝置得以實現(xiàn)。
[0009]在按照本發(fā)明的耦入光具中，對于激光射束而言透明的部件被壓力密封地裝配在射束導(dǎo)管中。
[0010]壓力密封地裝配在射束導(dǎo)管中的部件可用作真空室的耦入窗，由此可使激光焊接頭這樣裝配在真空室上，使得該激光焊接頭部分設(shè)置在真空室內(nèi)部并且部分設(shè)置在真空室外部。通過這種方式，所述耦入窗可更加遠離加工區(qū)地設(shè)置，由此減小臟污的風(fēng)險，而射束導(dǎo)管的靠近工件的端部和可能設(shè)在該端部上的噴嘴接收部可靠近工件表面定位。
[0011]優(yōu)選地，在聚焦透鏡與射束導(dǎo)管的靠近工件的端部之間設(shè)有至少一個用于輸送氣體的入口，以用于產(chǎn)生朝向工件方向的氣流。因此，氣體(過濾的環(huán)境空氣或保護氣體)可在該入口被導(dǎo)入到激光焊接頭的耦入光具的側(cè)壁中。因此，氣體從該入口朝向射束導(dǎo)管的工件側(cè)的端部、即朝向焊接加工部流動，并且隨后可被真空栗(例如旋轉(zhuǎn)滑閥真空栗)吸出。由此，防止上升的金屬蒸汽侵入到射束導(dǎo)管中或者侵入到與射束導(dǎo)管的工件側(cè)的端部連接的噴嘴中。附加地，制止進入到噴嘴開口或者射束導(dǎo)管開口中的飛濺物。
[0012]在按照本發(fā)明的耦入光具的一特別實施方式中，所述保護玻璃在兩側(cè)被輸送的氣體繞流。為此，不僅在保護玻璃下方而且在保護玻璃上方、即不僅在保護玻璃的朝向工件的那側(cè)而且在背離工件的那側(cè)上設(shè)有進入開口。如果使用薄的保護玻璃、尤其是最大為1.5mm厚度的保護玻璃，則這尤其是有利的，因為由于兩側(cè)繞流可使保護玻璃以不加壓的方式被保持。
[0013]特別有利的是，所述至少一個用于輸送氣體的入口具有傾斜于保護玻璃取向的孔，由此使得保護玻璃被所述輸送氣體迎流。通過這種方式，可去掉已經(jīng)積聚在保護玻璃上的臟污。
[0014]在一優(yōu)選的實施方式中，壓力密封地裝配在射束導(dǎo)管中的透明的部件是聚焦透鏡。在此，該聚焦透鏡也用作壓力封閉元件。該實施方式可實現(xiàn)方便地更換保護玻璃。在該實施方式中，保護玻璃可設(shè)置在聚焦透鏡附近。
[0015]如果所述保護玻璃是可更換的保護玻璃盒的一部分，則可特別方便地進行保護玻璃的更換。所述保護玻璃盒例如可利用頂壓螺栓從射束導(dǎo)管中移除。
[0016]為了確定用于更換保護玻璃盒的優(yōu)化時間點，有利的是，所述保護玻璃盒具有用于監(jiān)控保護玻璃的臟污度的裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述保護玻璃盒這樣設(shè)置，使得該保護玻璃盒在真空室外部可觸及。通過這種方式，可更換保護玻璃，而無需打開真空室。
[0018]特別有利的是，所述保護玻璃盒真空密封地被封閉。
[0019]在一替代性的實施方式中，壓力密封地裝配在射束導(dǎo)管中的透明的部件是保護玻璃。為了承受壓力差，所述保護玻璃應(yīng)該具有5mm的最小厚度。在該實施方式中，由于固定安裝的保護玻璃使得與上述的具有可更換的保護玻璃盒的實施方式相比結(jié)構(gòu)費用明顯更少。
[0020]優(yōu)選地，設(shè)有用于溫度監(jiān)控裝置的監(jiān)控接頭，以用于監(jiān)控保護玻璃的溫度。
[0021]作為附加的保護，可在保護玻璃與射束導(dǎo)管的靠近工件的端部之間設(shè)有耐磨玻璃，所述耐磨玻璃被所述氣流繞流。在這種情況下，氣體從保護玻璃進一步圍繞(便宜的)耐磨玻璃向著焊接加工部流動，在那里氣體可被真空栗吸出。
[0022]本發(fā)明還涉及一種激光焊接頭，其具有如上所述的耦入光具，并且具有用于將所述耦入光具法蘭連接到真空室上的法蘭裝置。該法蘭裝置可構(gòu)造為法蘭盤。
[0023]此外，本發(fā)明還涉及一種激光焊接裝置，該激光焊接裝置具有真空室，所述真空室借助耦入窗以將激光射束耦入到真空室中，該激光焊接裝置具有上述的激光焊接頭，其中，所述耦入窗通通過