一种小型化激光头

本发明属于激光焊接，尤其是一种适用于狭窄区域或水下焊接用的激光头，具体地说是一种小型化激光头。

背景技术：

1、激光焊接技术相比与其他焊接技术，具有能量密度高，可达性好，焊接形成的焊缝热影响区较小的优点。常规激光焊接接头体积较大，内部结构较为复杂，因此难以完成陆上狭小区域的焊接任务和水下狭小区域的修复工作。

2、已有的技术中，申请公布号为cn116352265a的专利介绍了一种l型激光头装置及激光水下焊接装置，该装置将l型激光头置于密封壳体内进行密封；该装置增设了环形气刀装置，保证了镜片上无水珠残留。但该密封壳体占用空间较大，不能像柔性材料一样与激光头进行紧密贴合。申请公布号为cn110253143a的专利介绍了一种带有移动气罩的水下激光焊接头，该激光头气密性能良好可用于水下焊接工作中，同时激光头上的视觉模块可对焊接过程进行进一步的监控。但该设备为了安装视觉模块，在准直镜与聚焦镜之间加装了分光镜，进一步增加了激光头中光学装置的体积，同时该装置将送丝机整体置于密封罩壳内，也进一步增加了密封罩壳的体积，体积较大不适用于水下狭窄区域的焊接修复工作。申请公布号为cn118180619a的专利介绍了一种局部干法水下激光焊接装置，该装置端部设有排水罩，排水性能良好，并采用了焊丝保护气，可有效改善焊接修复质量。但该装置整体较长，不适用于狭窄区域的焊接修复工作，同时激光头上部未采用密封措施进行整体密封，因此在水下焊接过程中存在进水风险。核科学与工程第43卷第4期文献，名称为：蒸汽发生器传热管焊接堵管用小型化激光头研制，介绍了一种小型化的i型激光头，该激光头主要应用于核电站蒸汽发生器堵管作业过程中。该激光头结构简单，体积较小，满足蒸汽发生器焊接堵管作业的尺寸需求，同时堵管作业效果良好。但该激光头未设置送丝装备，不能进行焊接填丝修复工作，同时该装置采用同轴送气，没有外部送气装置，不能对焊接过程进行更好的保护。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的激光头存在体积大或功能单一而难以适应狭窄空间或水下焊接的问题，设计一种i型小型化激光头，使得该激光头不仅适用于陆上狭窄区域的焊接工作，而且适用于水下狭窄区域的焊接修复工作。

2、本发明的技术方案为：

3、一种小型化激光头，其特征是：该激光头为i型激光头，包括光纤1、柔性密封材料2、光纤接头3、光纤接头内芯4、光纤接头外套5、激光头外壳6、准直镜8、聚焦镜9、多功能保护罩11、送丝装置12和触点安装板13。所述光纤1直接与光纤接头3相连，外部选用柔性密封材料2进行密封，有效减小了激光头宽度；光纤出射发散的光束7通过准直镜8转换为平行光，并快速通过聚焦镜9聚焦为光束10，有效减小了激光头长度。相比于常规激光头，本发明体积较小可适用于狭窄区域的焊接工作；本发明引入了柔性密封材料2、多功能保护罩11和送丝装置12，因此不仅可以用于陆上焊接，而且可以用于水下焊接修复过程中。

4、其中柔性密封材料对光纤1、光纤接头3和光纤接头外套5进行了很好的包覆，使得光纤与光纤接头连接处密封效果、隔热效果与防尘效果较好。

5、为了便于保护激光和进行水下焊接修复，采用螺纹连接的方式将多功能保护罩11与激光头外壳相连，并在连接处采用密封垫片密封，进一步提高其密封性。多功能保护罩密封性较好，外接保护气后，可对陆上焊接过程进行保护，外接排水气体后就能实现水下焊接修复工作。

6、本发明的优点与有益效果为：

7、1.本发明采用柔性密封材料2进行贴合密封，有效减小了激光头宽度；本发明简化了激光头的光学系统，进一步减小了准直镜8与聚焦镜9的距离，有效减小了激光头长度，从而实现了激光头的小型化，使得激光头可以应用于狭窄区域的焊接工作中。

8、2.本发明所采用的柔性密封材料具有良好的防水、隔热和防尘效果，包覆光纤1、光纤接头3和光纤接头外套5后，可使得激光头光纤连接处防水、隔热和防尘性能较好。

9、3.本发明所采用的多功能保护罩11结构紧凑，密封性能较好，在陆上焊接时，向保护罩通入保护气体可以很好的对陆上焊接过程进行保护；向保护罩通入排水气后可以保证良好的排水性能，在水下可以很好的维持局部干腔，从而可以实现水下焊接修复工作。

10、4.本发明所采用的送丝装置12通过螺纹连接的方式与多功能保护罩11相连，送丝装置采用了特殊定制的送丝嘴，具有矫直功能，可以进一步提升焊接修复的稳定性。

11、本文发明的小型化激光头相比于传统激光头，在保证必要功能的前提下，进一步简化了内部结构，并进一步缩小了激光头体积，使其适用于狭窄区域的焊接作业。同时本发明采用了新型的密封设计，使得本激光头整体防水性能较好，底部安装的多功能保护罩具有较好的排水效果，因此适用于水下狭窄区域的焊接修复工作。

技术特征：

1.一种小型化的激光头，其特征在于，其整体结构呈i型结构，包括光纤（1）、柔性密封材料（2）、光纤接头（3）、光纤接头内芯（4）、光纤接头外套（5）、激光头外壳（6）、准直镜（8）、聚焦镜（9）、多功能保护罩（11）、送丝装置（12）和触点安装板（13）；所述光纤（1）与光纤接头相连（2）；所述光纤接头内芯（4）通过触点安装板（13）与光纤接头（3）相连，光纤接头外套（5）通过机械连接的方式与光纤接头内芯（4）相连；所述柔性密封材料（2）通过包覆的方式将部分光纤（1）、光纤接头（3）和光纤接头外套（5）整体包覆在一起；所述激光头外壳（6）通过机械连接的方式与光纤接头外套（5）相连；所述准直镜（8）与聚焦镜（9）通过螺纹连接的方式与激光头外壳（6）相连；所述多功能保护罩（11）通过螺纹连接的方式与激光头外壳（6）相连；所述送丝装置（12）通过螺纹连接的方式与多功能保护罩（11）配合，使得送出的焊丝位于光束（10）正下方。

2.根据权利要求1所述的小型化激光头，其特征在于，光纤（1）出射发散的光束（7），通过准直镜（8）后转换为平行光；平行光通过聚焦镜（9）转换为聚焦光束（10），并聚焦到多功能保护罩（11）底部待焊位置，其中准直镜焦距为30mm-50mm，聚焦镜焦距为50mm-500mm。

3.根据权利要求1所述的小型化激光头，其特征在于，所述激光头外壳（6）、多功能保护罩（11）为铜制构件，比市售激光头减重50%，适用于固体激光器、半导体激光器和液体激光器；使用过程中的激光功率范围为500w-6000w；当激光功率小于3000w时，可以不用冷却装置冷却；当激光功率大于3000w时，需在激光头内部接通水冷装置。

4.根据权利要求1所述的小型化激光头，其特征在于，所述的柔性密封材料（2）具有很好的防水、隔热与防尘效果，柔性密封材料通过包覆的方式将光纤（1）、光纤接头（3）和光纤接头外套（5）整体包覆在一起，使得激光头光纤连接处防水与隔热效果较好。

5.根据权利要求1所述的小型化激光头，其特征在于，所述的多功能保护罩（11）与激光头外壳（6）采用螺纹连接，连接牢固并垫有垫片具有很好的密封效果与隔热效果，在陆上焊接过程中可以通入保护气保证激光的稳定性；在水下焊接过程中多功能保护罩（11）可以通入排水气体，作为排水装置起到排水的作用；在水下焊接过程中，多功能保护罩（11）下方可以安装接触式的密封材料（如阻燃海绵等），和非接触式的密封材料（如安装水帘装置将外部水隔绝开来，从而配合保护气形成局部干腔），使得激光头在水下的应用环境更为广泛。

6.根据权利要求1所述的小型化激光头，其特征在于，所述的送丝装置（12）通过螺纹连接的方式与多功能保护罩（11）相连，便于在陆上和水下狭窄区域进行填丝修复工作；送丝装置采用了具有矫直功能的送丝嘴，使得焊丝平直送入待焊位置，以提升焊接修复的稳定性。

7.根据权利要求1或4所述的小型化激光头，其特征在于，所述的柔性密封材料（2）采用耐高温硅胶板制作。

技术总结一种小型化的激光头，其整体呈I型结构，且以铜材为主，其特征是它包括光纤（1）、柔性密封材料（2）、光纤接头（3）、光纤接头内芯（4）、光纤接头外套（5）、激光头外壳（6）、准直镜（8）、聚焦镜（9）、多功能保护罩（11）、送丝装置（12）和触点安装板（13）。所述光纤（1）直接与光纤接头（3）相连，外部选用柔性密封材料（2）进行密封；光纤出射发散的光束（7）通过准直镜（8）转换为平行光，并快速通过聚焦镜（9）转换为聚焦光束（10）。本发明体积较小可适用于狭窄区域的焊接工作，不仅可以用于陆上环境狭窄空间的焊接修复，而且可以用于水下焊接修复过程中。技术研发人员：李洪亮,胡承宇,胡俊杰,朱强,韩柯,王泽宇,王丹受保护的技术使用者：江苏大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6