激光焊接方法和激光焊接產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光焊接方法，其用于至少將第一工件和第二工件連接在一起，其中，所述激光焊接方法包括以下步驟：在第一工件上加工出至少一個(gè)第一微孔結(jié)構(gòu)，所述第一微孔結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)第一孔構(gòu)成，所述第一孔的軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向；使第一微孔結(jié)構(gòu)定位為至少部分地處于激光焦點(diǎn)光斑在第一工件上的覆蓋區(qū)域內(nèi)；以及進(jìn)行激光焊接，以使得激光光束直接射入處于激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域內(nèi)的所述第一微孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種激光焊接產(chǎn)品，其通過采用根據(jù)上述激光焊接方法加工至少兩個(gè)工件而獲得。
【專利說明】激光焊接方法和激光焊接產(chǎn)品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光焊接方法，特別是一種激光點(diǎn)焊方法。本發(fā)明還涉及一種通過所述激光焊接方法獲得的激光焊接產(chǎn)品。

【背景技術(shù)】
[0002]在激光的焊接應(yīng)用中，對(duì)于某些由對(duì)近紅外激光具有高反射率的材料或?qū)崃烤哂懈邆鲗?dǎo)性的材料構(gòu)成的工件，存在不易焊接、焊接穩(wěn)定性不好、焊接強(qiáng)度不高等問題。
[0003]目前在本領(lǐng)域中常用的解決方案主要是以下兩種。一種是通過對(duì)需要焊接的金屬件表面涂敷吸收層來提高材料對(duì)激光的吸收率；另一種是選用短波長(zhǎng)的激光或者采用將短波長(zhǎng)的激光與觀(釔鋁石榴石)激光(106411111)結(jié)合的方式來提高材料對(duì)激光的吸收率，這里的短波長(zhǎng)指的是觀激光的二倍頻(53211111)或者三倍頻(35511111)激光波長(zhǎng)。
[0004]參見圖24，其中示出了使用傳統(tǒng)焊接方式時(shí)焊點(diǎn)形成的物理過程。由于工件接收激光光束的表面積有限，材料的熔化過程只能是由上到下發(fā)展，并且固熔邊界的擴(kuò)展非常有限。另外，在激光焊接過程中，熱量在上下兩個(gè)工件的傳遞也不均勻。
[0005]參見圖25，其中示出了使用傳統(tǒng)焊接方式時(shí)最終形成的焊點(diǎn)形貌。由于熱量在兩個(gè)工件中的不均勻傳遞，因此兩個(gè)工件中熔化的區(qū)域存在較大差異。特別地，在兩個(gè)工件之間的接觸表面兩側(cè)，不同工件上形成的焊點(diǎn)的面積也存在較大差異。另外，由于兩個(gè)工件的材料始終是連續(xù)的整體，因此在焊接之后焊點(diǎn)位置的溫度降低速度較快。在這種情況下，在焊點(diǎn)處容易產(chǎn)生裂紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種激光焊接方法，其通過對(duì)待焊接的金屬件進(jìn)行預(yù)開孔來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述至少一個(gè)問題，特別是解決金屬對(duì)激光的反射率過高以及對(duì)激光能量的吸收率偏低的問題。所述激光焊接方法特別適用于激光點(diǎn)焊。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種激光焊接方法，其用于至少將第一工件和第二工件連接在一起，其中，所述激光焊接方法包括以下步驟:
[0008]在所述第一工件上加工出至少一個(gè)第一微孔結(jié)構(gòu)，所述第一微孔結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)第一孔構(gòu)成，所述第一孔的軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向；
[0009]使所述第一微孔結(jié)構(gòu)定位為至少部分地處于激光焦點(diǎn)光斑在第一工件上的覆蓋區(qū)域內(nèi)；以及
[0010]進(jìn)行激光焊接，以使得激光光束直接射入處于激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域內(nèi)的所述第一微孔結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述第一孔為通孔。
[0012]優(yōu)選地，所述第一孔也可以被設(shè)置為盲孔。
[0013]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一孔為通孔時(shí)，所述第二工件上加工有至少一個(gè)第二微孔結(jié)構(gòu)，所述第二微孔結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)第二孔構(gòu)成，所述第二孔的軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向，其中，在焊接位置處，至少部分第二孔的位置布置為與至少部分第一孔的位置相對(duì)應(yīng)，從而在進(jìn)行激光焊接時(shí)，穿過所述至少部分第一孔的激光光束直接射入相對(duì)應(yīng)的第二孔中。
[0014]優(yōu)選地，所述第二孔為通孔或盲孔。
[0015]優(yōu)選地，所述第一孔和/或所述第二孔是通過脈沖模式或旋轉(zhuǎn)穿孔模式的激光打孔操作制成的。
[0016]優(yōu)選地，所述第一孔和/或所述第二孔的孔深度與激光入口側(cè)孔口直徑的比值為3-20。
[0017]優(yōu)選地，所述第一微孔結(jié)構(gòu)由多個(gè)第一孔構(gòu)成，并且多個(gè)所述第一孔布置成規(guī)則排列的陣列。
[0018]優(yōu)選地，所述激光焊接是通過點(diǎn)焊方式實(shí)施的，并且在第一工件的激光入射表面上，所述第一微孔結(jié)構(gòu)所占據(jù)的區(qū)域與激光焦點(diǎn)光斑覆蓋的區(qū)域大致重合或大于所述激光焦點(diǎn)光斑覆蓋的區(qū)域。
[0019]優(yōu)選地，所述第二孔的數(shù)量與所述第一孔的數(shù)量相等；并且在焊接位置處，每一個(gè)所述第二孔的位置布置為與所述第一孔的位置相對(duì)應(yīng)，從而在進(jìn)行激光焊接時(shí)，穿過每一個(gè)所述第一孔的激光光束直接射入每一個(gè)所述第二孔中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了一種激光焊接產(chǎn)品，其中，所述產(chǎn)品通過采用如上所述的激光焊接方法加工至少兩個(gè)工件而獲得。
[0021]優(yōu)選地，在所述工件之間的接觸表面兩側(cè)，焊點(diǎn)在不同的工件上具有大致相同的橫截面積。
[0022]優(yōu)選地，構(gòu)成所述工件的材料是對(duì)近紅外激光具有高的光反射率和/或?qū)崃烤哂懈叩膫鲗?dǎo)性的金屬和/或合金。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，工件材料中的微孔結(jié)構(gòu)使得激光的反射在孔內(nèi)進(jìn)行，從而被孔的內(nèi)壁吸收，因此提高了工件的材料對(duì)近紅外光的吸收率。微孔結(jié)構(gòu)還使得激光的光斑覆蓋區(qū)域內(nèi)的材料在內(nèi)部和外部同時(shí)融化，因此對(duì)于激光能量的吸收更良好。另外，微孔結(jié)構(gòu)的設(shè)置減小了材料對(duì)焊點(diǎn)位置的熱傳導(dǎo)損失，這樣有利于減小焊點(diǎn)裂紋的產(chǎn)生?？梢姡鄬?duì)于傳統(tǒng)激光焊接產(chǎn)品，根據(jù)本發(fā)明的激光焊接產(chǎn)品通過對(duì)待焊接的金屬件進(jìn)行預(yù)開孔從而在焊點(diǎn)位置具有更高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中:
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光焊接操作；
[0026]圖2示出了圖1的激光焊接操作的剖視圖；
[0027]圖3示出了為形成微孔結(jié)構(gòu)而在脈沖模式下進(jìn)行的激光打孔操作；
[0028]圖4示出了為形成微孔結(jié)構(gòu)而在旋轉(zhuǎn)穿孔模式下進(jìn)行的激光打孔操作；
[0029]圖5是圖2的放大的局部視圖，其中示意性地示出了進(jìn)行激光焊接時(shí)激光在微孔中的反射狀態(tài)；
[0030]圖6示出了在第一實(shí)施方式的工件中焊點(diǎn)形成的物理過程；
[0031]圖7示出了在第一實(shí)施方式的工件中最終形成的焊點(diǎn)形貌；
[0032]圖8示出了分別具有通孔形式的第一孔和第二孔的第一工件和第二工件的剖視圖；
[0033]圖9示出了具有通孔形式的第一孔的第一工件和未開孔的第二工件的剖視圖；
[0034]圖10示出了具有盲孔形式的第一孔的第一工件和未開孔的第二工件的剖視圖；
[0035]圖11示出了呈密置排布形式并且分布面積大于激光焦點(diǎn)光斑覆蓋區(qū)域的微孔結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0036]圖12示出了呈密置排布形式并且分布面積小于或等于激光焦點(diǎn)光斑覆蓋區(qū)域的微孔結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0037]圖13示出了呈矩形排布形式并且分布面積大于激光焦點(diǎn)光斑覆蓋區(qū)域的微孔結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0038]圖14示出了呈矩形排布形式并且分布面積小于或等于激光焦點(diǎn)光斑覆蓋區(qū)域的微孔結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0039]圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式通過激光焊接連接的螺柱100和殼體200的透視圖；
[0040]圖16是圖15中的螺柱100的放大透視圖；
[0041]圖17是微孔結(jié)構(gòu)111在法蘭110的激光入射平面113上的俯視圖；
[0042]圖18是微孔結(jié)構(gòu)111位置的法蘭110和殼體200的局部剖視圖；
[0043]圖19是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式通過激光焊接連接的折彎件300和薄板件400的透視圖；
[0044]圖20是圖19中的三個(gè)焊點(diǎn)位置的放大透視圖；
[0045]圖21是圖19的折彎件300和薄板件400的俯視圖；
[0046]圖22是圖21中的微孔結(jié)構(gòu)的局部放大視圖；
[0047]圖23是微孔結(jié)構(gòu)位置的邊框部310和薄板件400的局部剖視圖；
[0048]圖24示出了使用傳統(tǒng)焊接方法的工件中焊點(diǎn)形成的物理過程；以及
[0049]圖25示出了使用傳統(tǒng)焊接方法的工件中最終形成的焊點(diǎn)形貌。

【具體實(shí)施方式】
[0050]圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式，其中，通過激光焊接、特別是通過激光點(diǎn)焊利用激光光束將第一工件10和第二工件20焊接到一起。
[0051]在第一實(shí)施方式中，第一工件10和第二工件20均呈板狀。在進(jìn)行激光焊接之前，在第一工件10上預(yù)先加工有第一微孔結(jié)構(gòu)11，所述第一微孔結(jié)構(gòu)11由多個(gè)呈通孔形式的第一孔1匕組成；另外在第二工件20上也預(yù)先加工有第二微孔結(jié)構(gòu)21，所述第二微孔結(jié)構(gòu)21由多個(gè)呈盲孔形式的第二孔213組成。優(yōu)選地，所述第二孔2匕的數(shù)量與第一孔1匕的數(shù)量相等。第一微孔結(jié)構(gòu)11和第二微孔結(jié)構(gòu)21被定位為:在第一工件10和第二工件20被布置就位等待接受焊接時(shí)，第二微孔結(jié)構(gòu)21的位置對(duì)應(yīng)于第一微孔結(jié)構(gòu)11的位置。具體地，每一個(gè)第二孔2匕的位置各自對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的一個(gè)第一孔1匕的位置。換句話說，在已經(jīng)就位的第一工件10和第二工件20之間的接觸表面上，每一個(gè)第一孔1匕和相應(yīng)的一個(gè)第二孔2匕的邊緣相互重疊，這在圖2中清楚地示出。對(duì)于第一工件10和第二工件20的整個(gè)結(jié)構(gòu)來說，每個(gè)第一孔1匕和相應(yīng)的一個(gè)第二孔2匕一起整體地構(gòu)成一個(gè)盲孔。
[0052]另外，第一孔Ila和第二孔21a優(yōu)選地被設(shè)置為使其軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向。這樣，一部分激光光束可以直接穿過第一工件10中的第一微孔結(jié)構(gòu)11射入到第二工件20中的第二微孔結(jié)構(gòu)21中。優(yōu)選地，第一孔Ila和第二孔21a沿著激光光束的行進(jìn)方向逐漸變細(xì)。
[0053]重要的是，第一微孔結(jié)構(gòu)11還被定位為至少部分地處于激光焦點(diǎn)光斑在第一工件10上覆蓋的區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域也即激光光束在第一工件10上的投影區(qū)域。在第一實(shí)施方式中，如圖1和2所不，在第一工件10的激光入射表面上,第一微孔結(jié)構(gòu)11所占據(jù)的區(qū)域與激光焦點(diǎn)光斑在第一工件上覆蓋的區(qū)域大致重合。
[0054]第一孔Ila和第二孔21a的微孔形狀均有大的深徑比，所述深徑比指的是孔深值與孔徑值的比值，并且例如為3-20。其中，孔深值指的是微孔從激光入口側(cè)到孔底部的軸向距離，孔徑值指的是微孔在激光入口側(cè)的直徑。這種較大深徑比的微孔結(jié)構(gòu)有利于激光焊接時(shí)工件材料對(duì)激光的吸收。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行激光焊接之前，事先在第一工件10和第二工件20上分別加工好第一微孔結(jié)構(gòu)11和第二微孔結(jié)構(gòu)21。優(yōu)選地，第一孔Ila和第二孔21a均通過激光打孔制作而成。所述激光打孔可以選擇性地采用脈沖模式或旋轉(zhuǎn)穿孔模式。圖3和4分別示出了為形成第一微孔結(jié)構(gòu)11和第二微孔結(jié)構(gòu)21而在脈沖模式和旋轉(zhuǎn)穿孔模式下進(jìn)行的激光打孔操作。優(yōu)選地，第一孔Ila和相應(yīng)的第二孔21a可以通過單次激光打孔操作一次完成。
[0056]需要注意的是，盡管在本實(shí)施方式中，優(yōu)選地將所述第二孔21a的數(shù)量設(shè)定成與第一孔Ila的數(shù)量相等，但第二孔與第一孔在數(shù)量上相等并不是必須的。根據(jù)實(shí)際情況，可以設(shè)置在數(shù)量上并不相等的第二孔和第一孔，并且確保至少部分第二孔的位置與至少部分第一孔的位置相對(duì)應(yīng)，從而在進(jìn)行激光焊接時(shí)，穿過所述至少部分第一孔的激光光束直接射入相對(duì)應(yīng)的第二孔中。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式至少可以實(shí)現(xiàn)如下所述的一種優(yōu)點(diǎn)。
[0058]首先，參見圖5，其在圖2的放大的局部視圖中示意性地示出了進(jìn)行激光焊接時(shí)激光在第一孔Ila和第二孔21a中的反射狀態(tài)。在激光焊接的過程中，由于微孔的存在，并且特別是由于微孔具有錐形的形狀結(jié)構(gòu)，因此，與無(wú)微孔的傳統(tǒng)技術(shù)相比較，激光可以通過微孔直接作用在材料的內(nèi)部。即使是在使用具有高反射率的近紅外激光的情況下，激光的反射也大致在微孔內(nèi)進(jìn)行。如圖5中的折線箭頭所示，激光在微孔的內(nèi)壁之間進(jìn)行多次反射，最終被孔的內(nèi)壁吸收。因此，根據(jù)本發(fā)明，提高了工件的材料對(duì)近紅外光的吸收率。
[0059]其次，根據(jù)本發(fā)明，由于在工件上事先設(shè)置了微孔，因此在激光焊接時(shí)工件直接接觸激光的面積與傳統(tǒng)技術(shù)相比有了大幅增加。也就是說，工件的材料可以在更大的面積上吸收激光的能量。參見圖6，其中示出了在根據(jù)第一實(shí)施方式的具有微孔結(jié)構(gòu)的工件中焊點(diǎn)形成的物理過程。微孔的內(nèi)壁吸收了激光的能量后，工件的材料的熔化、氣化過程在材料的微孔的外部和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行。在圖6中，虛線輪廓表示具有微孔的工件直接接受激光照射并吸收能量的表面，隨著能量的吸收，工件的材料從所述表面開始熔化，并且在一定時(shí)間之后形成以實(shí)線輪廓示出的新的固熔邊界?？梢钥闯觯诩す夂附舆^程中，熱量從微孔的內(nèi)壁向材料內(nèi)部傳遞，使得在整個(gè)激光的光斑覆蓋區(qū)域內(nèi)的材料在內(nèi)部和外部同時(shí)融化。相對(duì)于材料的熔化過程是由上到下的傳統(tǒng)的激光點(diǎn)焊(如圖24所示)，根據(jù)本發(fā)明的方法使得工件的材料對(duì)于激光能量的吸收更良好，同時(shí)熱傳遞更均勻，并且材料的固熔過程也更迅速。
[0060]另外，由于工件在微孔中的材料被去除，微孔空隙中充滿空氣或接近真空狀態(tài)，相對(duì)于金屬材料的工件，因微孔中的空氣或近真空是熱的非良導(dǎo)體，使得熱傳遞不能按照通常未打孔狀況下沿直線路徑進(jìn)行輻射，而僅能沿存留的微孔壁或者微孔間的工件材料呈直線和/或曲線狀傳遞，客觀上導(dǎo)致在工件的材料中的熱傳遞在微孔處受阻，也就是說，在焊點(diǎn)位置，溫度降低的速度減緩。因此，與無(wú)微孔的傳統(tǒng)技術(shù)相比較，根據(jù)本發(fā)明，減小了材料對(duì)焊點(diǎn)位置的熱傳導(dǎo)損失，這樣有利于減小焊點(diǎn)裂紋的產(chǎn)生。參見圖7，其中示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的具有微孔結(jié)構(gòu)的工件所最終形成的焊點(diǎn)形貌。
[0061]以上已經(jīng)通過示例的方式描述了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，然而其也可以具有多種變化形式。
[0062]在第一實(shí)施方式中，第一工件10的第一微孔結(jié)構(gòu)11中的第一孔1匕為通孔，第二工件20的第二微孔結(jié)構(gòu)21中的第二孔213為盲孔。然而，也可以采用如圖8所示的結(jié)構(gòu)，其中，第一工件30的第一微孔結(jié)構(gòu)31中的第一孔313和第二工件40的第二微孔結(jié)構(gòu)41中的第二孔4匕均為通孔。優(yōu)選地，在已經(jīng)就位的第一工件30和第二工件40之間的接觸表面上，第一孔3匕和第二孔4匕的邊緣各自相互重合。對(duì)于第一工件30和第二工件40的整個(gè)結(jié)構(gòu)來說，每一個(gè)第一孔3匕和相應(yīng)的第二孔4匕一起構(gòu)成一個(gè)通孔。
[0063]優(yōu)選地，每個(gè)第一孔的內(nèi)壁和相應(yīng)的第二孔211413的內(nèi)壁在第一工件10、30和第二工件20、40的接觸表面兩側(cè)以光滑連續(xù)的方式相互鄰接。
[0064]備選地，也可以采用如圖9所示的結(jié)構(gòu)，其中，第一工件50的第一微孔結(jié)構(gòu)51中的第一孔5匕為通孔，第二工件60上不設(shè)有微孔?；蛘咭部梢圆捎萌鐖D10所示的結(jié)構(gòu)，其中，第一工件70的第一微孔結(jié)構(gòu)71中的第一孔7匕為盲孔，第二工件80上不設(shè)有微孔。
[0065]應(yīng)當(dāng)理解，在被焊接的工件上，可以以通孔和/或盲孔的形式設(shè)置微孔，并且在任一工件上可以選用通孔和/或盲孔的任意適當(dāng)?shù)慕M合形式。
[0066]在垂直于激光入射方向的平面上，微孔結(jié)構(gòu)中的多個(gè)孔優(yōu)選地以均勻的間隔排列分布，并且整體所占區(qū)域至少部分地與激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域重合。換句話說，所述多個(gè)孔布置成規(guī)則排列的陣列。優(yōu)選地，在微孔結(jié)構(gòu)具有多個(gè)孔的情況下，在垂直于微孔的軸向的橫截面上，多個(gè)微孔成多行排列。在相鄰兩行的微孔中任意選取兩兩相鄰的三個(gè)微孔，這三個(gè)微孔的中心可以用直線連接形成一個(gè)假想的三角形。當(dāng)所述三角形為直角三角形時(shí)，這種微孔的排布方式可稱為矩形排布，特別地，當(dāng)所述三角形為等腰直角三角形時(shí)，該矩形排布即為正方形排布；當(dāng)所述三角形為非直角三角形時(shí)，這種微孔的排布方式可稱為密置排布。在實(shí)際操作中通常按照如圖11所示的銳角三角形的密置排布來布置微孔，或者按照如圖13所示的正方形排布來布置微孔，或者也可以按照等腰三角形或等邊三角形的密置排布來布置。
[0067]在實(shí)際操作過程中，通過對(duì)激光打孔機(jī)進(jìn)行編程來制作不同排布形態(tài)的微孔。優(yōu)選地，微孔結(jié)構(gòu)中的多個(gè)行被設(shè)置成以均等的間距間隔開，并且在每一行中，多個(gè)微孔被設(shè)置成以均等的間距間隔開。在這種情況下，激光打孔機(jī)的編程更簡(jiǎn)單、相應(yīng)的微孔加工也更方便、效率更高。
[0068]參見圖11-14，其中示出了多種不同的微孔布置形式。在圖11中，微孔以密置排布密置排布的樣式排列，并且整體所占區(qū)域超出激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域。在圖12中，微孔以密置排布的樣式排列，并且整體所占區(qū)域大致等于或者小于激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域。在圖13中，微孔以矩形排布的樣式排列，并且整體所占區(qū)域超出激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域。在圖14中，微孔以矩形排布的樣式排列，并且整體所占區(qū)域大致等于或者小于激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域。
[0069]應(yīng)當(dāng)理解，微孔的排列方式及排列區(qū)域的大小需要考慮到激光焦點(diǎn)光斑的大小，以及微孔對(duì)激光焊接的物理過程的影響而根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來設(shè)定。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，微孔結(jié)構(gòu)由多個(gè)孔構(gòu)成，然而，根據(jù)實(shí)際情況，微孔結(jié)構(gòu)也可以由單個(gè)孔構(gòu)成。
[0070]下面以兩個(gè)實(shí)際應(yīng)用方案為例，描述本發(fā)明的第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式。
[0071]在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，如圖15所示，將4個(gè)螺柱100通過激光焊接、特別是通過激光點(diǎn)焊連接到殼體200上。呈大致方形且具有Imm厚度的殼體200通過利用CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)字控制)技術(shù)加工而成。構(gòu)成螺柱100和/或殼體200的材料例如為A16061。
[0072]參見圖16，其中示出了放大的螺柱100的透視圖。螺柱100在其一端具有法蘭110，在法蘭110上均勻分布有多個(gè)微孔結(jié)構(gòu)111。圖17和18分別示出了一個(gè)微孔結(jié)構(gòu)111的俯視圖和剖視圖。在法蘭110的激光入射平面113上，微孔結(jié)構(gòu)111所占據(jù)的區(qū)域與激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域大致相同。如圖所示，一個(gè)微孔結(jié)構(gòu)111由19個(gè)微孔Illa構(gòu)成的圓形陣列組成。在微孔結(jié)構(gòu)111的直徑方向上，位于相反側(cè)的最遠(yuǎn)端的兩個(gè)微孔Illa的軸線之間的距離為1.2mm。位于微孔結(jié)構(gòu)111外側(cè)圓周上的相鄰兩個(gè)微孔Illa之間具有0.2mm的間隔，并且微孔結(jié)構(gòu)111的過5個(gè)微孔軸心的兩條相鄰直徑之間成60°夾角。
[0073]在本實(shí)施方式中，法蘭110具有0.4mm的厚度，并且微孔11 Ia在激光入射平面113上具有0.1mm的直徑，從而微孔Illa的深徑比等于4。
[0074]在法蘭110上設(shè)置好微孔結(jié)構(gòu)111之后，通過激光點(diǎn)焊將螺柱100焊接到殼體200上。在螺柱100的法蘭110上執(zhí)行點(diǎn)焊的位置對(duì)應(yīng)于各個(gè)微孔結(jié)構(gòu)111的位置，并且在法蘭I1的激光入射平面113上，激光焦點(diǎn)光斑的直徑與微孔結(jié)構(gòu)111的直徑大致相等。
[0075]在實(shí)際應(yīng)用中，一般對(duì)螺柱100的焊接強(qiáng)度要求較高。在這種情況下，如果采用傳統(tǒng)的焊接方式，則焊接強(qiáng)度不高，穩(wěn)定性較差。相反，根據(jù)本發(fā)明，焊接前在螺柱100的法蘭110上需要點(diǎn)焊的位置加工出了微孔結(jié)構(gòu)111，由此確保了螺柱焊接的品質(zhì)要求。
[0076]在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中，如圖19和21所示，將沖壓形成的折彎件300通過激光焊接、特別是通過激光點(diǎn)焊連接到薄板件400上。折彎件300為大致呈正方形的框，并且由4個(gè)邊框部310和從每一個(gè)邊框部310的內(nèi)側(cè)翻折的折彎部320構(gòu)成。薄板件400為大致呈正方形的薄板。折彎件300和薄板件400的厚度均為0.3mm。構(gòu)成折彎件300和/或薄板件400的材料例如為Al5052。
[0077]在進(jìn)行激光焊接之前，在折彎件300的每一個(gè)邊框部310上都加工有一個(gè)第一微孔結(jié)構(gòu)311。第一微孔結(jié)構(gòu)311在邊框部310上被布置成大致類似于邊框部310的細(xì)長(zhǎng)條狀，并且占據(jù)邊框部310的大部分區(qū)域。參見圖20和22，第一微孔結(jié)構(gòu)311由以矩形排布布置的多個(gè)第一孔311a構(gòu)成。所述矩形排布在圖22中詳細(xì)地示出，其中在縱向上和在橫向上的相鄰兩個(gè)孔之間的距離均為0.15mm。
[0078]與第一微孔結(jié)構(gòu)311類似地，在薄板件400上加工有相應(yīng)的第二微孔結(jié)構(gòu)401。所述第二微孔結(jié)構(gòu)401由以矩形排布布置的多個(gè)第二孔401a構(gòu)成。為了進(jìn)行激光焊接，將邊框部310貼合在薄板件400上。如圖23所示，第一孔311a和第二孔401a均為通孔，并且每一個(gè)第一孔311a都與相應(yīng)的一個(gè)第二孔401a —起整體地構(gòu)成一個(gè)總體通孔。因此在本實(shí)施方式中，疊置的邊框部310和薄板件400總共具有0.6臟的厚度，并且第一孔3113在邊框部310的激光入射平面313上具有0.05臟的直徑，從而由第一孔31匕和第二孔4013構(gòu)成的總體通孔的深徑比等于12。
[0079]在使用夾具將折彎件300和薄板件400組裝好之后，在邊框部310和薄板件400上加工出如上所述的第一微孔結(jié)構(gòu)311和第二微孔結(jié)構(gòu)401。接下來通過將激光光束發(fā)射到微孔結(jié)構(gòu)上來進(jìn)行激光點(diǎn)焊操作。參見圖20，多個(gè)激光焊點(diǎn)均位于微孔結(jié)構(gòu)中。在本實(shí)施方式中，在激光入射平面上，微孔結(jié)構(gòu)占據(jù)的面積遠(yuǎn)大于激光焦點(diǎn)光斑覆蓋的面積，因此在進(jìn)行激光點(diǎn)焊時(shí)，可以更自由地設(shè)定激光焊點(diǎn)的數(shù)量和位置。
[0080]在第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式中，在焊接區(qū)域進(jìn)行的微孔處理確保了高的焊接強(qiáng)度。另外，微孔結(jié)構(gòu)為激光的能量傳播提供了通道，使得兩個(gè)被焊接的工件在焊點(diǎn)位置的內(nèi)外同時(shí)吸收激光并融化、降低了材料對(duì)激光的反射，還降低了熱量在材料中的傳導(dǎo)損失，從而保證了高的焊接質(zhì)量。
[0081]以上已經(jīng)參考一些實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但需要指出的是，以上所述的實(shí)施方式均是示例性的，而不是限制性的。在以上所述的實(shí)施方式中描述的各個(gè)技術(shù)特征在不互相抵觸的情況下可以任意地在不同的實(shí)施方式中結(jié)合和使用。并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出多種變化，這些變化都應(yīng)被涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光焊接方法，其用于至少將第一工件和第二工件連接在一起，其特征在于，所述激光焊接方法包括以下步驟: 在所述第一工件上加工出至少一個(gè)第一微孔結(jié)構(gòu)，所述第一微孔結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)第一孔構(gòu)成，所述第一孔的軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向； 使所述第一微孔結(jié)構(gòu)定位為至少部分地處于激光焦點(diǎn)光斑在第一工件上的覆蓋區(qū)域內(nèi)；以及 進(jìn)行激光焊接，以使得激光光束直接射入處于激光焦點(diǎn)光斑的覆蓋區(qū)域內(nèi)的所述第一微孔結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一孔為通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一孔為盲孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二工件上加工有至少一個(gè)第二微孔結(jié)構(gòu)，所述第二微孔結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)第二孔構(gòu)成，所述第二孔的軸向大致平行于激光焊接時(shí)激光光束的入射方向，其中，在焊接位置處，至少部分第二孔的位置布置為與至少部分第一孔的位置相對(duì)應(yīng)，從而在進(jìn)行激光焊接時(shí)，穿過所述至少部分第一孔的激光光束直接射入相對(duì)應(yīng)的第二孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二孔為通孔或盲孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一孔是通過脈沖模式或旋轉(zhuǎn)穿孔模式的激光打孔操作制成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二孔是通過脈沖模式或旋轉(zhuǎn)穿孔模式的激光打孔操作制成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一孔的孔深度與激光入口側(cè)孔口直徑的比值為3-20。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一孔和/或所述第二孔的孔深度與激光入口側(cè)孔口直徑的比值為3-20。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一微孔結(jié)構(gòu)由多個(gè)第一孔構(gòu)成，并且多個(gè)所述第一孔布置成規(guī)則排列的陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接是通過點(diǎn)焊方式實(shí)施的，并且在第一工件的激光入射表面上，所述第一微孔結(jié)構(gòu)所占據(jù)的區(qū)域與激光焦點(diǎn)光斑覆蓋的區(qū)域大致重合或大于所述激光焦點(diǎn)光斑覆蓋的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二孔的數(shù)量與所述第一孔的數(shù)量相等；并且在焊接位置處，每一個(gè)所述第二孔的位置布置為與所述第一孔的位置相對(duì)應(yīng)，從而在進(jìn)行激光焊接時(shí)，穿過每一個(gè)所述第一孔的激光光束直接射入每一個(gè)所述第二孔中。
13.—種激光焊接產(chǎn)品，其特征在于，所述產(chǎn)品通過采用根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的激光焊接方法加工至少兩個(gè)工件而獲得。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，其特征在于，在所述工件之間的接觸表面兩側(cè)，焊點(diǎn)在不同的工件上具有大致相同的橫截面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的產(chǎn)品，其特征在于，構(gòu)成所述工件的材料是對(duì)近紅外激光具有高的光反射率和/或?qū)崃烤哂懈叩膫鲗?dǎo)性的金屬和/或合金。
【文檔編號(hào)】B23K26/21GK104339085SQ201310314434
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】張松, 溫興, 陳漢堅(jiān) 申請(qǐng)人:珠海光寶移動(dòng)通信科技有限公司