Устройство для лазерной сварки

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ, содержащее лазер, световод, выполненный в виде полого цилиндра с зеркальными внутренними стенками, установленный под углом к оптической оси лазера, и фокусирующую систему, установленную после световода так, что ее оптическая ось параллельна оси световода, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварки, фокусирующая система выполнена с относительным отверстием D, а угол a определяется неравенством

где r - радиус внутренней поверхности поперечного сечения световода;
L - длина световода.

Изобретение относится к лазерному технологическому оборудованию, в частности для лазерной сварки, и может быть использовано в технологических процессах изготовления электронных приборов.
Целью изобретения является повышение качества сварки.
На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг.2 сечение световода и оптическая схема проходящих через него лучей лазерного излучения.
Устройство содержит лазер 1, световод 2, выполненный в виде полого цилиндра с зеркальными внутренними стенками, длиной L и радиусом r внутренней поверхности его поперечного сечения, фокусирующую систему 3 с относительным отверстием D, механизмом 4 перемещения свариваемых деталей с печью 5 их предварительного подогрева. Световод 2 установлен под углом к оптической оси лазера 1, определяемым неравенством > tg >
Неравенство выбрано из следующих соображений. Фокусное расстояние фокусирующей системы F должно быть меньше расстояния от фокусирующей системы до выхода световода 2, чтобы возможна была фокусировка конуса лучей лазера 1, выходящих из световода 2. В другом виде это условие можно выразить следующим неравенством
tg < где R радиус входного зрачка фокусирующей системы;
F фокусное расстояние фокусирующей системы.
Так как из геометрической оптики известно, что отношение диаметра входного зрачка линзы к ее фокусному расстоянию есть относительное отверстие D линзы, то tg <
Для обеспечения одного переотражения луча лазера 1 от зеркальных внутренних стенок световода 2 необходимо, чтобы tg был больше отношения r/L.
Устройство работает следующим образом.
Излучение лазера 1 падает на вход световода 2, переотражается в нем или частично проходит без отражений и падает в виде расходящегося полого конического пучка на фокусирующую систему 3, которая фокусирует его на свариваемом стыке обрабатываемого изделия 6, который уже предварительно подогрет до требуемой по техпроцессу температуры печью 5. Механизм 4 перемещения свариваемых деталей изделия 6 перемещает с определенной скоростью свариваемый стык вдоль луча и происходит сварка. Цель достигается за счет более равномерного перераспределения плотности мощности лазерного излучения в пятне нагрева на свариваемом стыке.
Изготовлен опытный образец устройства, в котором использовались набор различных световодов и фокусирующие линзы с отличающимися относительными отверстиями.
П р и м е р 1. Устройство содержит СО₂ лазер ИЛГН-704 с мощностью излучения 40 Вт, длиной волны излучения 10,6 мкм, печь предварительного подогрева мощностью 1,5 кВт, фокусирующую линзу с относительным отверстием 0,25. Устройство перемещения представляет собой электродвигатель, на оси которого находится приспособление для закрепления деталей; плоскопараллельную латунную пластину с одним отверстием диаметром 1 мм и толщиной 5 мм. Пластина закреплена с помощью струбцин на подставке, обеспечивающей ее поворот на требуемый угол. Пластина устанавливалась так, что лазерный луч попадал в ее отверстие, причем угол падения луча (наклона пластины) составлял 9,5^о. Линза имела фокусное расстояние 12,5 см и находилась на расстоянии 30 см от пластины. Для сварки использовались стеклянные цилиндры толщиной 2 мм при скорости вращения 1 оборот за 3 мин. Температура предварительного нагрева печи составляла 400^оС, что увеличивало скорость сварки и устраняло возможность растрескивания стеклянных деталей.
П р и м е р 2. Устройство содержало СО₂ лазер ИЛГН-704 с мощностью излучения 40 Вт, длиной волны излучения 10,6 мкм, печь предварительного подогрева мощностью 1,5 кВт, линзу с относительным отверстием 0,4, фокусное расстояние которой 6,5 см, плоскопараллельную латунную пластину с отверстием диаметром 3 мм и толщиной 10 мм, которая закреплена под углом 13^о к оси излучения. Линза находилась на расстоянии 20 см от пластины.
П р и м е р 3. Устройство содержало СО₂ лазер ИЛГН-704 с мощностью излучения 40 Вт, длиной волны излучения 10,6 мкм, печь предварительного подогрева мощностью 1,5 кВт, линзу с относительным отверстием 0,3 (фокусное расстояние 10 см), плоскопараллельную латунную пластину с 25 отверстиями диаметром 1 мм и толщиной 23 мм, которая закреплена под углом 8^о к оси излучения. Линза находилась на расстоянии 25 см от пластины.
Во всех приведенных примерах в процессе сварки не наблюдалась возгонка материала свариваемых деталей, сварной шов не содержал мелких пузырьков и неоднородностей.
Предлагаемое устройство было опробовано при сварке волоконно-оптических экранов с конусом ЭЛТ типа 5ЛК2Л, при этом было отмечено улучшение качества сварного шва за счет отсутствия пузырьков и неоднородностей, что подтверждается актом испытаний.
Изобретение относится к лазерному оборудованию для сварки и может быть использовано при изготовлении электронных приборов. Цель изобретения - повышение качества лазерной сварки. Угол установки к оптической оси лазера полого цилиндрического световода для преобразования луча лазера в полый конический расходящийся луч выбирается в соответствии с неравенством D/2 > tg > r/L где D - относительное отверстие установленной после световода фокусирующей системы; L и r - соответственно длина и радиус внутренней поверхности поперечного сечения световода. Излучение фокусируется на свариваемое изделие, подогреваемое печью и перемещаемое механизмом перемещения с заданной скоростью. За счет более равномерного распределения плотности мощности лазерного излучения в пятне нагрева на свариваемом стыке достигается повышение качества сварки изделий. 2 ил.