本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種激光焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

銅及其合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗蝕性，被廣泛應(yīng)用于電力、電工、電子電器行業(yè)，主要用于制作發(fā)電機(jī)、開關(guān)裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、太陽能平板集熱器等導(dǎo)熱器材。制造過程中多涉及其構(gòu)件的焊接。

用于銅焊接的傳統(tǒng)方法主要有氣焊、手工電弧焊、氬弧焊等，氣焊、手工電弧焊、氬弧焊時都需要填絲焊接或者助焊劑，而且為防止裂紋產(chǎn)生還需焊前預(yù)熱，工藝復(fù)雜；工件較厚時一般需要開坡口，焊縫成形性差，這些焊接方法效率較低。

激光焊接作為一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的焊接方法，光束聚焦后能量密度高度集中，具有熱影響區(qū)小、加熱和冷卻速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，由于銅良好的導(dǎo)熱性，使得輸入到其表面的激光能量很快散失掉。同時，銅對傳統(tǒng)紅外和近紅外激光具有很高的反射率。這些因素增加了激光焊接紫銅的難度，使得焊接過程需要極高的峰值能量以克服銅的不良吸收性能所帶來的初始阻力。然而，一旦一部分紅外激光能量耦合到銅上并引起溫度升高，特別是當(dāng)溫度達(dá)到銅的熔點(diǎn)時，銅對紅外激光的吸收會顯著提高。而此時，激光能量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過焊接的需要，將會導(dǎo)致材料飛濺或者引起不必要的蒸發(fā)，在工件上留下較大的孔或洞，影響焊接質(zhì)量。

現(xiàn)有的銅的激光焊接方式通常為通過簡單調(diào)整激光功率、掃描速度、離焦量等工藝參數(shù)，改善焊縫成形質(zhì)量與接頭性能。然而，由于銅對紅外和近紅外激光吸收率極低，使得實(shí)現(xiàn)深熔焊接與獲得較好的焊縫成形異常困難，焊接效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種激光焊接系統(tǒng)及方法，不僅能夠有效地實(shí)現(xiàn)銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料的激光焊接，還能夠?qū)崿F(xiàn)焊前預(yù)熱及焊后緩冷以降低焊接應(yīng)力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光焊接系統(tǒng)，包括樣品臺、第一激光發(fā)生裝置、第二激光發(fā)生裝置、第一光閘及光調(diào)節(jié)裝置，所述樣品臺用于放置工件，所述第一光閘設(shè)置在所述第一激光發(fā)生裝置與所述工件之間的光傳播路徑中。所述第一激光發(fā)生裝置發(fā)出的第一預(yù)設(shè)波長的第一激光光束入射到所述第一光閘，通過所述第一光閘的第一激光光束經(jīng)過所述光調(diào)節(jié)裝置聚焦到所述工件的預(yù)設(shè)位置處，所述第二激光發(fā)生裝置發(fā)出的第二預(yù)設(shè)波長的第二激光光束也經(jīng)過所述光調(diào)節(jié)裝置聚焦在所述預(yù)設(shè)位置處。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述所述第一激光發(fā)生裝置包括激光光源模塊、分光鏡及第一準(zhǔn)直透鏡，所述第二激光發(fā)生裝置包括激光倍頻器及第二準(zhǔn)直透鏡，所述第一光閘設(shè)置在所述第一準(zhǔn)直透鏡及所述光調(diào)節(jié)裝置之間。所述激光光源模塊發(fā)出的初始激光光束入射到所述分光鏡，經(jīng)所述分光鏡分為具有預(yù)設(shè)能量比例的兩路激光束。其中一路作為第一激光光束入射到所述第一準(zhǔn)直透鏡，由所述第一準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述第一光閘。另一路入射到所述激光倍頻器，經(jīng)所述激光倍頻器的倍頻處理后生成第二激光光束，所述第二激光光束由所述第二準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后入射到所述光調(diào)節(jié)裝置。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光焊接系統(tǒng)還包括第二光閘，所述第二光閘設(shè)置在所述激光倍頻器內(nèi)，所述第二光閘用于控制所述第二激光光束的輸出間隔。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述光調(diào)節(jié)裝置包括反射鏡、雙色鏡及會聚透鏡，所述反射鏡用于反射所述第二激光光束，所述雙色鏡用于透過所述第一激光光束且反射所述第二激光光束。由所述第一準(zhǔn)直透鏡出射的所述第一激光光束透過所述雙色鏡、經(jīng)所述會聚透鏡聚焦到所述工件的預(yù)設(shè)位置處。由所述第二準(zhǔn)直透鏡出射的所述第二激光光束由所述反射鏡反射至所述雙色鏡，經(jīng)所述雙色鏡反射后入射到所述會聚透鏡，經(jīng)所述會聚透鏡聚焦到所述預(yù)設(shè)位置處。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光焊接系統(tǒng)還包括第一電動模組和第二電動模組，所述第一電動模組與所述第一準(zhǔn)直透鏡連接，所述第二電動模組與所述第二準(zhǔn)直透鏡連接，所述第一電動模組用于控制所述第一準(zhǔn)直透鏡沿著所述第一準(zhǔn)直透鏡的光軸方向運(yùn)動，所述第二電動模組用于控制所述第二準(zhǔn)直透鏡沿著所述第二準(zhǔn)直透鏡的光軸方向運(yùn)動。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光焊接系統(tǒng)還包括第三電動模組，所述第三電動模組與所述會聚透鏡連接，所述第三電動模組用于控制所述會聚透鏡沿著所述會聚透鏡的光軸方向運(yùn)動。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光焊接系統(tǒng)還包括控制裝置，所述激光光源模塊、所述第一光閘、所述第一電動模組、所述第二電動模組及所述第三電動模組均與所述控制裝置耦合。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光焊接系統(tǒng)還包括人機(jī)交互面板，所述人機(jī)交互面板與所述控制裝置耦合。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述會聚透鏡為離軸拋物鏡。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種激光焊接方法，應(yīng)用于上述激光焊接系統(tǒng)，所述方法包括：將第一激光發(fā)生裝置發(fā)出的第一激光光束及第二激光發(fā)生裝置發(fā)出的第二激光光束的焦點(diǎn)均調(diào)節(jié)至工件的預(yù)設(shè)位置處；通過控制第一光閘的開閉控制所述第一激光光束的輸出間隔，以使所述第一激光光束和所述第二激光光束按照預(yù)設(shè)規(guī)則聚焦到所述預(yù)設(shè)位置處對所述工件進(jìn)行焊接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)及方法通過第一激光發(fā)生裝置發(fā)出的具有第一預(yù)設(shè)波長的第一激光光束和具有第二預(yù)設(shè)波長的第二激光光束共同聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處，可以實(shí)現(xiàn)銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料的激光焊接。此外，通過控制第一光閘的開閉控制第一激光光束的輸出間隔，當(dāng)?shù)谝患す夤馐ㄟ^第一光閘時，第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處，對工件進(jìn)行焊接。當(dāng)?shù)谝患す夤馐坏谝还忾l阻擋時，僅第二激光光束聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處，實(shí)現(xiàn)對工件的焊前預(yù)熱或焊后緩冷，有效地降低了焊接應(yīng)力，避免了激光焊接過程中銅及其合金等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料由于溫度梯度過大而造成的焊接裂紋問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光焊接系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光焊接系統(tǒng)的俯視圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的安裝有夾具的激光焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光焊接系統(tǒng)的夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出了采用單一紅外脈沖激光對銅片進(jìn)行激光焊接的效果圖；

圖6示出了采用本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)對銅片進(jìn)行激光焊接的效果圖；

圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光焊接方法的流程圖。

其中，附圖標(biāo)記分別為：

激光焊接系統(tǒng)100；第一激光發(fā)生裝置110；激光光源模塊111；分光鏡112；第一準(zhǔn)直透鏡113；第二激光發(fā)生裝置120；激光倍頻器121；第二準(zhǔn)直透鏡122；第一光閘130；反射鏡141；雙色鏡142；紅外激光-綠激光全反射鏡143；會聚透鏡144；第一電動模組151；第二電動模組152；第三電動模組153；第一平臺161；第二平臺162；樣品臺170；工程控制器181；工程PC機(jī)182；激光電源183；運(yùn)動控制板卡184；觸摸顯示屏185；夾具200；底板210；凹槽211；第一壓緊片221；第二壓緊片222。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術(shù)語“水平”、“豎直”、“懸垂”等術(shù)語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

采用現(xiàn)有的單波長激光焊接設(shè)備對銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料進(jìn)行焊接時，由于材料對傳統(tǒng)紅外和近紅外激光具有很高的反射率，即對紅外和近紅外激光的吸收率較低，且材料的高導(dǎo)熱系數(shù)，使得輸入到其表面的激光能量很快散失掉，從而增加了激光焊接的難度。鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光焊接系統(tǒng)，用于對銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料進(jìn)行焊接。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)的立體圖，圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)的俯視圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)100包括：第一激光發(fā)生裝置110、第二激光發(fā)生裝置120、第一光閘130、光調(diào)節(jié)裝置及樣品臺170。樣品臺170用于放置工件，其中，工件可以為銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料。

第一激光發(fā)生裝置110發(fā)出的第一預(yù)設(shè)波長的第一激光光束入射到所述第一光閘130，通過所述第一光閘130的第一激光光束經(jīng)過所述光調(diào)節(jié)裝置聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處，所述第二激光發(fā)生裝置120發(fā)出的第二預(yù)設(shè)波長的第二激光光束也經(jīng)過光調(diào)節(jié)裝置聚焦在上述預(yù)設(shè)位置處。

其中，第一激光光束為近紅外或紅外激光光束，例如，可以為10.6μm的中紅外激光光束，也可以為1.064μm的近紅外激光光束。優(yōu)選的，所述第一預(yù)設(shè)波長可以位于1.02μm-1.07μm波段內(nèi)。第二激光光束為綠激光，例如，第二預(yù)設(shè)波長可以為532nm。工件以銅及其合金為例，由于相對于紅外激光，銅及其合金對綠激光的吸收系數(shù)較高，可以達(dá)到紅外激光的4.5至20倍。因此，當(dāng)?shù)谝患す夤馐偷诙す夤馐餐劢褂诠ぜ暮附游恢脮r，由于材料對激光的吸收率與材料的溫度成正比，工件吸收第二激光光束使得熔池溫度瞬時升高以對工件的焊接位置進(jìn)行預(yù)熱，從而大幅度提高工件對第一激光光束的吸收率，實(shí)現(xiàn)對工件的焊接。

本實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，第一激光發(fā)生裝置110包括激光光源模塊111、分光鏡112及第一準(zhǔn)直透鏡113。第二激光發(fā)生裝置120包括激光倍頻器121及第二準(zhǔn)直透鏡122。激光光源模塊111發(fā)出的初始激光光束入射到分光鏡112，經(jīng)所述分光鏡112分為具有預(yù)設(shè)能量比例的兩路激光束，其中一路作為第一激光光束入射到所述第一準(zhǔn)直透鏡113。由第一準(zhǔn)直透鏡113準(zhǔn)直后經(jīng)光調(diào)節(jié)裝置聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處。另一路入射到激光倍頻器121，經(jīng)激光倍頻器121的倍頻處理后生成第二激光光束。第二激光光束由第二準(zhǔn)直透鏡122準(zhǔn)直后經(jīng)光調(diào)節(jié)裝置聚焦到預(yù)設(shè)位置處。

具體的，激光光源模塊111可以為CO₂激光器、Nd:YAG激光器或光纖激光器等。激光光源模塊111發(fā)出的初始激光光束的波長為第一預(yù)設(shè)波長。

具體的，如圖1所示，光調(diào)節(jié)裝置包括反射鏡141、雙色鏡142及會聚透鏡144。反射鏡141用于反射第二激光光束。雙色鏡142用于透過第一激光光束且反射第二激光光束。此時，由第一準(zhǔn)直透鏡113出射的第一激光光束透過雙色鏡142、經(jīng)會聚透鏡144聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處。由第二準(zhǔn)直透鏡122出射的第二激光光束由反射鏡141反射至雙色鏡142，經(jīng)雙色鏡142反射后入射到會聚透鏡144，經(jīng)會聚透鏡144聚焦到所述預(yù)設(shè)位置處。

第一光閘130設(shè)置在第一激光發(fā)生裝置110與工件之間的光傳播路徑中，具體的，可以設(shè)置在第一準(zhǔn)直透鏡113及光調(diào)節(jié)裝置之間，也就是第一準(zhǔn)直透鏡113和雙色鏡142之間，如圖2所示。或者，第一光閘130也可以設(shè)置在分光鏡112及第一準(zhǔn)直透鏡113之間。第一光閘130用于控制第一激光光束的輸出時序，即可以通過控制第一光閘130的打開和閉合控制第一激光光束的輸出間隔。當(dāng)?shù)谝还忾l130打開時，第一激光光束可以通過第一光閘130。第一光閘130閉合時，第一激光光束被第一光閘130阻擋，無法通過。當(dāng)?shù)谝患す夤馐ㄟ^第一光閘130時，第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處，對工件進(jìn)行焊接。當(dāng)?shù)谝患す夤馐坏谝还忾l130阻擋時，僅第二激光光束聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處，實(shí)現(xiàn)對工件的焊前預(yù)熱或焊后緩冷，有效地降低了焊接應(yīng)力，避免了激光焊接過程中銅及其合金等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料由于溫度梯度過大而造成的焊接裂紋問題。

例如，采用本激光焊接系統(tǒng)100對工件進(jìn)行焊接時，開始焊接后的預(yù)設(shè)時間范圍內(nèi)，可以控制第一光閘130閉合阻擋第一激光光束，僅第二激光光束聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處，先對工件的焊接位置進(jìn)行預(yù)熱。例如，本實(shí)施例的一種實(shí)施方式中，預(yù)熱溫度可以達(dá)到400-800℃，預(yù)設(shè)時間范圍可以為毫秒級。完成預(yù)熱后，再控制第一光閘130開啟以通過第一激光光束，第一激光光束也聚焦于工件的預(yù)設(shè)位置處實(shí)現(xiàn)工件的焊接。完成焊接后，可以再控制第一光閘130閉合阻擋第一激光光束，使得工件上形成的焊縫在第二激光光束的持續(xù)作用下緩慢冷卻至第二激光光束的可維持溫度后，再關(guān)閉第二激光發(fā)生裝置120。

需要說明的是，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)第二激光光束的輸出時序控制，激光焊接系統(tǒng)100還包括第二光閘。本實(shí)施例中，第二光閘可以設(shè)置在上述激光倍頻器121內(nèi)，用于控制第二激光光束的輸出間隔。當(dāng)然，第二光閘也可以設(shè)置在激光倍頻器121與第二準(zhǔn)直透鏡122之間的第二激光光束傳播路徑上，或者是，第二準(zhǔn)直透鏡122與反射鏡141之間的第二激光光束傳播路徑上，又或者是，反射鏡141與雙色鏡142之間的第二激光光束傳播路徑上。

于本實(shí)施例中，第一光閘130和第二光閘均為激光光閘，優(yōu)選為電動機(jī)械光閘。例如，當(dāng)接收到高電平時，第一光閘130和第二光閘開啟，當(dāng)接收到低電平時，第一光閘130和第二光閘關(guān)閉。因此，通過分別控制發(fā)送到第一光閘130和第二光閘的電平信號的時序，可以控制第一光閘130和第二光閘的同步開啟或異步開啟，以控制第一激光光束和第二激光光束的同步輸出或異步輸出，有利于實(shí)現(xiàn)本激光焊接系統(tǒng)100的自動化控制。

本實(shí)施例中，樣品臺170可以采用手動平移臺，也可以采用電動平移臺。優(yōu)選采用三維電動平移臺，以便于實(shí)現(xiàn)本激光焊接系統(tǒng)100的自動化控制。需要說明的是，為了固定工件的位置以便于焊接，樣品臺170上還設(shè)置有夾具200，如圖3所示。如圖4所示，所述夾具200包括底板210、第一壓緊片221和第二壓緊片222。所述底板210連接在所述樣品臺170上，所述底板210上設(shè)置有凹槽211。所述第一壓緊片221和第二壓緊片222分別設(shè)置在所述凹槽211的兩側(cè)并與底板210連接，用于壓緊工件。當(dāng)需要焊接銅片A和銅片B時，將銅片A放置在樣品臺170上，從樣平臺與第一壓緊片221之間穿過，通過第一壓緊片221壓緊以固定銅片A的在樣品臺170上的位置，同理，將銅片B放置在樣品臺170上，從樣平臺與第二壓緊片222之間穿過，通過第二壓緊片222壓緊以固定銅片B的在樣品臺170上的位置。且使得銅片A與銅片B的焊接位置位于凹槽211處，這樣有利于避免激光焊接過程中夾具200的底板210被激光損壞。

進(jìn)一步地，如圖1所示，為了便于調(diào)節(jié)第一激光光束和第二激光光束的聚焦位置，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)100還包括第一電動模組151、第二電動模組152和第三電動模組153。第一電動模組151與第一準(zhǔn)直透鏡113連接，用于控制所述第一準(zhǔn)直透鏡113沿著第一準(zhǔn)直透鏡113的光軸方向運(yùn)動。第二電動模組152與第二準(zhǔn)直透鏡122連接，用于控制第二準(zhǔn)直透鏡122沿著第二準(zhǔn)直透鏡122的光軸方向運(yùn)動。第三電動模組153與會聚透鏡144連接，用于控制會聚透鏡144沿著會聚透鏡144的光軸方向運(yùn)動。因此，通過控制第一電動模組151和第二電動模組152可以分別調(diào)節(jié)第一激光光束和第二激光光束的聚焦位置，使得第一激光光束和第二激光光束均聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置，實(shí)現(xiàn)雙波長-單焦點(diǎn)復(fù)合激光焊接。此外，還可以通過控制第三電動模組153的運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)雙波長-單焦點(diǎn)不同離焦量的激光焊接，增大了焊接工藝窗口。

其中，第一電動模組151、第二電動模組152和第三電動模組153可以包括電機(jī)，例如，可以在第一準(zhǔn)直透鏡113、第二準(zhǔn)直透鏡122和會聚透鏡144的基座下分別對應(yīng)設(shè)置第一滑軌、第二滑軌和第三滑軌。第一滑軌的長度方向?yàn)榈谝粶?zhǔn)直透鏡113的光軸方向，第二滑軌的長度方向?yàn)榈诙?zhǔn)直透鏡122的光軸方向，第三滑軌的長度方向?yàn)闀弁哥R144的光軸方向。需要說明的是，入射到會聚透鏡144的第一激光光束和第二激光光束為同軸光束。將第一準(zhǔn)直透鏡113設(shè)置在能夠相對于第一滑軌上滑動的滑塊上，將第二準(zhǔn)直透鏡122設(shè)置在能夠相對于第二滑軌上滑動的滑塊上，會聚透鏡144設(shè)置在能夠相對于第三滑軌上滑動的滑塊上。分別通過第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)以及相應(yīng)的傳動結(jié)構(gòu)即可以帶動滑塊在對應(yīng)滑軌上移動。

當(dāng)然，除了上述電動方式之外，也可以采用包括微調(diào)旋鈕、滑軌、滑塊的手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一準(zhǔn)直透鏡113、第二準(zhǔn)直透鏡122和會聚透鏡144的位置調(diào)節(jié)。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制，并考慮到系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，本實(shí)施例優(yōu)選采用上述電動的方式實(shí)現(xiàn)第一準(zhǔn)直透鏡113、第二準(zhǔn)直透鏡122和會聚透鏡144的位置調(diào)節(jié)。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本激光焊接系統(tǒng)100的自動化控制，激光焊接系統(tǒng)100還包括控制裝置和人機(jī)交互面板。激光電源183、第一光閘130、第二光閘、第一電動模組151、第二電動模組152及第三電動模組153、人機(jī)交互面板均與控制裝置耦合。于本實(shí)施例中，如圖1所示，控制裝置可以包括工程控制器181、工程PC機(jī)182和運(yùn)動控制板卡184，其中，工程控制器181與工程PC機(jī)182耦合，用于輸入控制指令。人機(jī)交互界面、第一光閘130、第二光閘、激光電源183及運(yùn)動控制板卡184均與工程PC機(jī)182耦合。安裝于工程PC機(jī)182中的應(yīng)用程序可以通過接收用戶輸入的指令設(shè)置控制時序以控制第一光閘130、第二光閘及激光電源183的開啟和閉合時間，還可以根據(jù)用戶輸入的指令控制運(yùn)動控制板卡184的輸出。具體的，用戶可以通過工程控制器181或人機(jī)交互面板輸入指令，有效地實(shí)現(xiàn)了激光焊接系統(tǒng)100的自動化控制。

激光電源183與激光光源模塊111耦合，因此，通過控制激光電源183的開啟和關(guān)閉即可以控制激光光源模塊111的開啟和關(guān)閉。運(yùn)動控制板卡184分別與第一電動模組151、第二電動模組152及第三電動模組153耦合，因此，通過控制運(yùn)動控制板卡184即可以驅(qū)動第一電動模組151、第二電動模組152及第三電動模組153運(yùn)動，從而帶動第一準(zhǔn)直透鏡113、第二準(zhǔn)直透鏡122和會聚透鏡144運(yùn)動。人機(jī)交互面板可以優(yōu)選采用觸摸顯示屏185，當(dāng)然，也可以采用鍵盤和顯示屏。

在本實(shí)施例的一種實(shí)施方式中，激光光源模塊111為Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器，用于發(fā)出1064nm的近紅外激光光束。分光鏡112可以采用45°紅外激光透-反比例透鏡，用于按照所配備鏡片的透-反比例將Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器發(fā)出的1064nm的近紅外激光光束分成預(yù)設(shè)能量比例的兩路激光束，其中一路為透射光，另一路為反射光。其中，預(yù)設(shè)能量比例由分光鏡112所配備鏡片的透-反比例決定。例如，當(dāng)所配備的透鏡為半透半反透鏡時，透過45°紅外激光透-反比例透鏡的激光束與45°紅外激光透-反比例透鏡反射的激光束的能量比為1:1。需要說明的是，通過更換不同透-反比例的透鏡，可以獲得不同能量比例的兩路激光束，從而得到不同能量比例的第一激光光束和第二激光光束，有利于擴(kuò)大工藝窗口。

相應(yīng)的，本實(shí)施例中，第一準(zhǔn)直透鏡113為紅外激光增透準(zhǔn)直鏡，可以選用光質(zhì)玻璃如拋光的高純度SiO₂或者其他光學(xué)材料如GaAs、CaF₂等。例如，可以采用平凸光質(zhì)玻璃，焦距為120mm，兩面均鍍有1064nm增透膜。第二準(zhǔn)直透鏡122為綠激光增透準(zhǔn)直鏡，可以選用光質(zhì)玻璃如拋光的高純度SiO₂或者其他光學(xué)材料如GaAs、CaF₂等，例如，可以采用平凸光質(zhì)玻璃，焦距為120mm，兩面均鍍有532nm增透膜。

激光倍頻器121是利用非線性晶體在強(qiáng)激光作用下產(chǎn)生二次非線性效應(yīng)，使頻率為ω的激光通過晶體后變?yōu)轭l率為2ω的倍頻光，可以采用光子晶體光纖或其他倍頻晶體。例如，1064nm的近紅外激光光束入射到激光倍頻器121后可以產(chǎn)生二次諧波532nm綠激光。

反射鏡141可以為45°綠激光反射鏡，具體可以選用光質(zhì)玻璃如拋光的高純度SiO2或者其他光學(xué)材料如GaAs、CaF2等。例如，反射鏡141可以采用平面光質(zhì)玻璃，配有二維調(diào)整鏡架，一面鍍有532nm45°高反膜。

雙色鏡142可以對一定波長的光幾乎完全透過，而對另一些波長的光幾乎完全反射。本實(shí)施例中，光色鏡具體可以為45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡，用于透過1064nm的近紅外激光光束，反射532nm的綠激光。具體的，45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡可以選用光質(zhì)玻璃如拋光的高純度SiO₂或者其他光學(xué)材料如GaAs、CaF₂等。例如，采用平面光質(zhì)玻璃，配有二維調(diào)整鏡架，一面鍍有1064nm的45°增透膜，另一面鍍有1064nm的45°高反膜和1064nm的45°增透膜。

會聚透鏡144可以為紅外激光-綠激光增透聚焦鏡，具體可以選用光質(zhì)玻璃如拋光的高純度SiO₂或者其他光學(xué)材料如GaAs、CaF₂等。例如，可以采用平凸光質(zhì)玻璃，焦距為80mm，兩面均鍍有532nm和1064nm的雙色增透膜。

基于上述實(shí)施方式，本發(fā)明提供的激光焊接系統(tǒng)100中光路系統(tǒng)的具體工作過程可以為：Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器發(fā)出1064nm的近紅外激光光束入射到45°紅外激光透-反比例透鏡中。經(jīng)過45°紅外激光透-反比例透鏡的透射和反射將1064nm的近紅外激光光束分為預(yù)設(shè)能量比例的兩路光束。

透過45°紅外激光透-反比例透鏡的1064nm的近紅外激光光束，也就是上述第一激光光束入射到紅外激光增透準(zhǔn)直鏡，經(jīng)過紅外激光增透準(zhǔn)直鏡的擴(kuò)束、準(zhǔn)直處理后入射到45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡。

由45°紅外激光透-反比例透鏡反射的1064nm的近紅外激光光束進(jìn)入激光倍頻器121，激光倍頻器121對進(jìn)入的1064nm的近紅外激光光束進(jìn)行倍頻處理后，產(chǎn)生二次諧波，即532nm的綠激光，也就是上述的第二激光光束。激光倍頻器121輸出的532nm的綠激光入射到綠激光增透準(zhǔn)直鏡；經(jīng)綠激光增透準(zhǔn)直鏡擴(kuò)束、準(zhǔn)直處理后，傳輸?shù)?5°綠激光反射鏡，經(jīng)45°綠激光反射鏡45°反射后，入射到45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡。

入射到45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡的兩路光束，1064nm的近紅外激光光束透過，532nm的綠激光發(fā)生45°反射，從而實(shí)現(xiàn)紅外激光與綠激光的同軸耦合。兩束激光同軸耦合后均入射到紅外激光-綠激光增透聚焦鏡，共同聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處。

需要說明的是，在如圖1所示的具體應(yīng)用場景中，用于放置激光焊接系統(tǒng)100的加工平臺包括第一平臺161和第二平臺162，第一平臺161位于第二平臺162的上方。其中，第一平臺161用于搭建上述光路系統(tǒng)，第二平臺162用于設(shè)置樣平臺，樣平臺用于放置和移動工件，以實(shí)現(xiàn)激光焊接。此時，考慮到上述光路系統(tǒng)與樣品臺170的空間位置關(guān)系，45°紅外激光增透鏡-綠激光反射鏡輸出的同軸耦合的紅外激光與綠激光需要先經(jīng)過紅外激光-綠激光全反射鏡143，經(jīng)其45°反射后垂直向下入射到紅外激光-綠激光增透聚焦鏡，再由紅外激光-綠激光增透聚焦鏡聚焦到放置于樣品臺170上的工件上，如圖1所示。

此外，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，會聚透鏡144也可以采用離軸拋物鏡，離軸拋物鏡可以用于將平行于該離軸拋物鏡的光軸入射的不同波長的激光光束反射到光軸外的某一點(diǎn)處聚焦，可以有效地消除色差。當(dāng)然，為了使得離軸拋物鏡反射的紅外激光和綠激光均能聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處，需要相應(yīng)的調(diào)節(jié)光路中各元件的空間分布。

下面將基于上述實(shí)施方式對本激光焊接系統(tǒng)100的一種示例性工作過程進(jìn)行詳細(xì)說明：

共焦調(diào)節(jié)步驟：擺放工件進(jìn)行激光焊接之前，通過觸摸顯示屏185輸入開啟指令，控制激光電源183開啟，打開Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器。通過觸摸顯示屏185輸入第一控制指令，控制第一電動模組151調(diào)整Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器與紅外激光增透準(zhǔn)直鏡前焦點(diǎn)之間距離，改變紅外激光束在紅外激光增透準(zhǔn)直鏡與紅外激光-綠激光增透聚焦鏡之間的發(fā)散角從而改變紅外激光聚焦光斑位置。同理，也可以通過觸摸顯示屏185輸入第二控制指令，控制第二電動模組152調(diào)整激光倍頻器121與綠激光增透準(zhǔn)直鏡前焦點(diǎn)之間距離，改變綠激光束在綠激光增透準(zhǔn)直鏡與紅外激光-綠激光增透聚焦鏡之間的發(fā)散角從而改變綠激光聚焦光斑位置。只對紅外激光聚焦光斑位置或綠激光聚焦光斑位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者是對兩者進(jìn)行調(diào)節(jié)，均能夠?qū)崿F(xiàn)紅外激光和綠激光的共焦。調(diào)節(jié)好共焦后，關(guān)閉Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器，或者也可以關(guān)閉第一光閘130和第二光閘。

工件焊接步驟：將工件放置在樣品臺170上的夾具200上，使得焊接位置位于夾具200的凹槽211處，并通過第一壓緊片221和第二壓緊片222壓緊?？刂频谝还忾l130處于關(guān)閉狀態(tài)，第二光閘處于開啟狀態(tài)，并分別設(shè)置好第一光閘130和第二光閘的工作時序后，開啟Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器。當(dāng)然，可以通過控制第一光閘130和第二光閘的工作時序?qū)崿F(xiàn)紅外激光和綠激光的同步輸出或異步輸出。例如，通過對第一光閘130和第二光閘的工作時序的控制，可以實(shí)現(xiàn)先由綠激光對工件的焊接位置進(jìn)行焊前預(yù)熱，然后再加入紅外激光對工件的焊接位置進(jìn)行焊接，焊接完成后，斷開紅外激光，保持綠激光，待焊點(diǎn)溫度降至綠激光所能保持的溫度后，再斷開綠激光，實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的緩慢冷卻。進(jìn)一步，通過樣品臺170控制工件移動，重復(fù)上述過程即可以實(shí)現(xiàn)對工件的焊接。

當(dāng)然，還可以通過第三電動模組153控制紅外激光-綠激光增透聚焦鏡以實(shí)現(xiàn)雙波長-單焦點(diǎn)不同離焦量的激光焊接。

實(shí)際應(yīng)用中，采用單一紅外脈沖激光對銅片進(jìn)行焊接時，當(dāng)焊接參數(shù)為：Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器輸出峰值功率6kW，脈寬1ms，頻率30Hz，掃描速度7.5mm/s，離焦量為0mm時，焊接難度較大，所得到的焊接效果圖如圖5所示。由圖5可以明顯地看出焊縫成形質(zhì)量差。

而采用相同的焊接參數(shù)，使用本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)100對銅片進(jìn)行焊接時，即Nd:YAG脈沖紅外激光發(fā)射器輸出峰值功率6kW，脈寬1ms，頻率30Hz，掃描速度7.5mm/s，離焦量為0mm。此時，當(dāng)45°紅外激光透-反比例透鏡為半透半反鏡時，綠激光單脈沖能量為201.2mJ，紅外激光與綠激光雙波長以同步輸出單焦點(diǎn)方式對工件進(jìn)行焊接，所得到的焊接效果圖如圖6所示。由圖6可以明顯地看出，焊縫成形質(zhì)量較好，形成了穩(wěn)定的焊接匙孔效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了激光深熔焊接。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種激光焊接方法，如圖7所示，所述方法包括：

步驟S501，將第一激光發(fā)生裝置110發(fā)出的第一激光光束的焦點(diǎn)及第二激光發(fā)生裝置120發(fā)出的第二激光光束的焦點(diǎn)均調(diào)節(jié)至工件的預(yù)設(shè)位置處；

步驟S502，通過控制第一光閘130的開閉控制第一激光光束的輸出間隔，以使第一激光光束和第二激光光束按照預(yù)設(shè)規(guī)則聚焦到預(yù)設(shè)位置處對工件進(jìn)行焊接。

其中，所述預(yù)設(shè)規(guī)則可以為第一激光光束與第二激光光束同步傳輸?shù)焦ぜ念A(yù)設(shè)位置處，以對工件進(jìn)行焊接?；蛘?，也可以為第一激光光束與第二激光光束異步傳輸?shù)焦ぜ念A(yù)設(shè)位置處，以對工件進(jìn)行焊接。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述系統(tǒng)、裝置和單元實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)及方法通過第一激光發(fā)生裝置110發(fā)出的具有第一預(yù)設(shè)波長的第一激光光束和具有第二預(yù)設(shè)波長的第二激光光束共同聚焦到工件的預(yù)設(shè)位置處，可以實(shí)現(xiàn)銅及其合金等具有高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)的材料的激光焊接。此外，通過設(shè)置第一光閘130和第二光閘實(shí)現(xiàn)了第一激光光束和第二激光光束的同步輸出和異步輸出，對工件進(jìn)行焊接。通過控制第一激光光束和第二激光光束的異步輸出使得本激光焊接系統(tǒng)具有焊前預(yù)熱和焊后緩冷功能，有效地降低了焊接應(yīng)力，避免了激光焊接過程中銅及其合金等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料由于溫度梯度過大而造成的焊接裂紋問題。另外，通過更換分光鏡112所配備透鏡的透-反比例可以實(shí)現(xiàn)第一激光光束和第二激光光束的不同能量配比，通過控制第三電動模組153帶動雙色鏡142運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)雙波長-單焦點(diǎn)不同離焦量的激光焊接，從而增大了焊接工藝窗口。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。