本發(fā)明屬于激光焊接，尤其是一種適用于狹窄區(qū)域或水下焊接用的激光頭，具體地說是一種小型化激光頭。

背景技術：

1、激光焊接技術相比與其他焊接技術，具有能量密度高，可達性好，焊接形成的焊縫熱影響區(qū)較小的優(yōu)點。常規(guī)激光焊接接頭體積較大，內(nèi)部結構較為復雜，因此難以完成陸上狹小區(qū)域的焊接任務和水下狹小區(qū)域的修復工作。

2、已有的技術中，申請公布號為cn116352265a的專利介紹了一種l型激光頭裝置及激光水下焊接裝置，該裝置將l型激光頭置于密封殼體內(nèi)進行密封；該裝置增設了環(huán)形氣刀裝置，保證了鏡片上無水珠殘留。但該密封殼體占用空間較大，不能像柔性材料一樣與激光頭進行緊密貼合。申請公布號為cn110253143a的專利介紹了一種帶有移動氣罩的水下激光焊接頭，該激光頭氣密性能良好可用于水下焊接工作中，同時激光頭上的視覺模塊可對焊接過程進行進一步的監(jiān)控。但該設備為了安裝視覺模塊，在準直鏡與聚焦鏡之間加裝了分光鏡，進一步增加了激光頭中光學裝置的體積，同時該裝置將送絲機整體置于密封罩殼內(nèi)，也進一步增加了密封罩殼的體積，體積較大不適用于水下狹窄區(qū)域的焊接修復工作。申請公布號為cn118180619a的專利介紹了一種局部干法水下激光焊接裝置，該裝置端部設有排水罩，排水性能良好，并采用了焊絲保護氣，可有效改善焊接修復質量。但該裝置整體較長，不適用于狹窄區(qū)域的焊接修復工作，同時激光頭上部未采用密封措施進行整體密封，因此在水下焊接過程中存在進水風險。核科學與工程第43卷第4期文獻，名稱為：蒸汽發(fā)生器傳熱管焊接堵管用小型化激光頭研制，介紹了一種小型化的i型激光頭，該激光頭主要應用于核電站蒸汽發(fā)生器堵管作業(yè)過程中。該激光頭結構簡單，體積較小，滿足蒸汽發(fā)生器焊接堵管作業(yè)的尺寸需求，同時堵管作業(yè)效果良好。但該激光頭未設置送絲裝備，不能進行焊接填絲修復工作，同時該裝置采用同軸送氣，沒有外部送氣裝置，不能對焊接過程進行更好的保護。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的激光頭存在體積大或功能單一而難以適應狹窄空間或水下焊接的問題，設計一種i型小型化激光頭，使得該激光頭不僅適用于陸上狹窄區(qū)域的焊接工作，而且適用于水下狹窄區(qū)域的焊接修復工作。

2、本發(fā)明的技術方案為：

3、一種小型化激光頭，其特征是：該激光頭為i型激光頭，包括光纖1、柔性密封材料2、光纖接頭3、光纖接頭內(nèi)芯4、光纖接頭外套5、激光頭外殼6、準直鏡8、聚焦鏡9、多功能保護罩11、送絲裝置12和觸點安裝板13。所述光纖1直接與光纖接頭3相連，外部選用柔性密封材料2進行密封，有效減小了激光頭寬度；光纖出射發(fā)散的光束7通過準直鏡8轉換為平行光，并快速通過聚焦鏡9聚焦為光束10，有效減小了激光頭長度。相比于常規(guī)激光頭，本發(fā)明體積較小可適用于狹窄區(qū)域的焊接工作；本發(fā)明引入了柔性密封材料2、多功能保護罩11和送絲裝置12，因此不僅可以用于陸上焊接，而且可以用于水下焊接修復過程中。

4、其中柔性密封材料對光纖1、光纖接頭3和光纖接頭外套5進行了很好的包覆，使得光纖與光纖接頭連接處密封效果、隔熱效果與防塵效果較好。

5、為了便于保護激光和進行水下焊接修復，采用螺紋連接的方式將多功能保護罩11與激光頭外殼相連，并在連接處采用密封墊片密封，進一步提高其密封性。多功能保護罩密封性較好，外接保護氣后，可對陸上焊接過程進行保護，外接排水氣體后就能實現(xiàn)水下焊接修復工作。

6、本發(fā)明的優(yōu)點與有益效果為：

7、1.本發(fā)明采用柔性密封材料2進行貼合密封，有效減小了激光頭寬度；本發(fā)明簡化了激光頭的光學系統(tǒng)，進一步減小了準直鏡8與聚焦鏡9的距離，有效減小了激光頭長度，從而實現(xiàn)了激光頭的小型化，使得激光頭可以應用于狹窄區(qū)域的焊接工作中。

8、2.本發(fā)明所采用的柔性密封材料具有良好的防水、隔熱和防塵效果，包覆光纖1、光纖接頭3和光纖接頭外套5后，可使得激光頭光纖連接處防水、隔熱和防塵性能較好。

9、3.本發(fā)明所采用的多功能保護罩11結構緊湊，密封性能較好，在陸上焊接時，向保護罩通入保護氣體可以很好的對陸上焊接過程進行保護；向保護罩通入排水氣后可以保證良好的排水性能，在水下可以很好的維持局部干腔，從而可以實現(xiàn)水下焊接修復工作。

10、4.本發(fā)明所采用的送絲裝置12通過螺紋連接的方式與多功能保護罩11相連，送絲裝置采用了特殊定制的送絲嘴，具有矯直功能，可以進一步提升焊接修復的穩(wěn)定性。

11、本文發(fā)明的小型化激光頭相比于傳統(tǒng)激光頭，在保證必要功能的前提下，進一步簡化了內(nèi)部結構，并進一步縮小了激光頭體積，使其適用于狹窄區(qū)域的焊接作業(yè)。同時本發(fā)明采用了新型的密封設計，使得本激光頭整體防水性能較好，底部安裝的多功能保護罩具有較好的排水效果，因此適用于水下狹窄區(qū)域的焊接修復工作。

技術特征：

1.一種小型化的激光頭，其特征在于，其整體結構呈i型結構，包括光纖（1）、柔性密封材料（2）、光纖接頭（3）、光纖接頭內(nèi)芯（4）、光纖接頭外套（5）、激光頭外殼（6）、準直鏡（8）、聚焦鏡（9）、多功能保護罩（11）、送絲裝置（12）和觸點安裝板（13）；所述光纖（1）與光纖接頭相連（2）；所述光纖接頭內(nèi)芯（4）通過觸點安裝板（13）與光纖接頭（3）相連，光纖接頭外套（5）通過機械連接的方式與光纖接頭內(nèi)芯（4）相連；所述柔性密封材料（2）通過包覆的方式將部分光纖（1）、光纖接頭（3）和光纖接頭外套（5）整體包覆在一起；所述激光頭外殼（6）通過機械連接的方式與光纖接頭外套（5）相連；所述準直鏡（8）與聚焦鏡（9）通過螺紋連接的方式與激光頭外殼（6）相連；所述多功能保護罩（11）通過螺紋連接的方式與激光頭外殼（6）相連；所述送絲裝置（12）通過螺紋連接的方式與多功能保護罩（11）配合，使得送出的焊絲位于光束（10）正下方。

2.根據(jù)權利要求1所述的小型化激光頭，其特征在于，光纖（1）出射發(fā)散的光束（7），通過準直鏡（8）后轉換為平行光；平行光通過聚焦鏡（9）轉換為聚焦光束（10），并聚焦到多功能保護罩（11）底部待焊位置，其中準直鏡焦距為30mm-50mm，聚焦鏡焦距為50mm-500mm。

3.根據(jù)權利要求1所述的小型化激光頭，其特征在于，所述激光頭外殼（6）、多功能保護罩（11）為銅制構件，比市售激光頭減重50%，適用于固體激光器、半導體激光器和液體激光器；使用過程中的激光功率范圍為500w-6000w；當激光功率小于3000w時，可以不用冷卻裝置冷卻；當激光功率大于3000w時，需在激光頭內(nèi)部接通水冷裝置。

4.根據(jù)權利要求1所述的小型化激光頭，其特征在于，所述的柔性密封材料（2）具有很好的防水、隔熱與防塵效果，柔性密封材料通過包覆的方式將光纖（1）、光纖接頭（3）和光纖接頭外套（5）整體包覆在一起，使得激光頭光纖連接處防水與隔熱效果較好。

5.根據(jù)權利要求1所述的小型化激光頭，其特征在于，所述的多功能保護罩（11）與激光頭外殼（6）采用螺紋連接，連接牢固并墊有墊片具有很好的密封效果與隔熱效果，在陸上焊接過程中可以通入保護氣保證激光的穩(wěn)定性；在水下焊接過程中多功能保護罩（11）可以通入排水氣體，作為排水裝置起到排水的作用；在水下焊接過程中，多功能保護罩（11）下方可以安裝接觸式的密封材料（如阻燃海綿等），和非接觸式的密封材料（如安裝水簾裝置將外部水隔絕開來，從而配合保護氣形成局部干腔），使得激光頭在水下的應用環(huán)境更為廣泛。

6.根據(jù)權利要求1所述的小型化激光頭，其特征在于，所述的送絲裝置（12）通過螺紋連接的方式與多功能保護罩（11）相連，便于在陸上和水下狹窄區(qū)域進行填絲修復工作；送絲裝置采用了具有矯直功能的送絲嘴，使得焊絲平直送入待焊位置，以提升焊接修復的穩(wěn)定性。

7.根據(jù)權利要求1或4所述的小型化激光頭，其特征在于，所述的柔性密封材料（2）采用耐高溫硅膠板制作。

技術總結
一種小型化的激光頭，其整體呈I型結構，且以銅材為主，其特征是它包括光纖（1）、柔性密封材料（2）、光纖接頭（3）、光纖接頭內(nèi)芯（4）、光纖接頭外套（5）、激光頭外殼（6）、準直鏡（8）、聚焦鏡（9）、多功能保護罩（11）、送絲裝置（12）和觸點安裝板（13）。所述光纖（1）直接與光纖接頭（3）相連，外部選用柔性密封材料（2）進行密封；光纖出射發(fā)散的光束（7）通過準直鏡（8）轉換為平行光，并快速通過聚焦鏡（9）轉換為聚焦光束（10）。本發(fā)明體積較小可適用于狹窄區(qū)域的焊接工作，不僅可以用于陸上環(huán)境狹窄空間的焊接修復，而且可以用于水下焊接修復過程中。

技術研發(fā)人員：李洪亮,胡承宇,胡俊杰,朱強,韓柯,王澤宇,王丹
受保護的技術使用者：江蘇大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6