激光焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術領域，特別是涉及一種激光焊接方法。
【背景技術】
[0002]由于鋁、銅等材料對波長1064nm的激光的反射率高于90%，要實現(xiàn)鋁、銅等高反射率材料的焊接一直是一個難題。一般需要千瓦級以上的激光器才能實現(xiàn)鋁、銅等高反射率材料的焊接，不僅會造成能量的極大浪費，而且如果焊接角度控制不當，會導致反射光直接進入激光頭，損傷光學系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提供一種能提高材料對激光吸收率的激光焊接方法。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種激光焊接方法，包括以下步驟:
[0006]通過激光照射對工件的待焊接區(qū)域進行預處理，預處理完畢后在所述工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層；及
[0007]對所述預處理后的工件進行激光焊接。
[0008]在其中一個實施例中，所述氧化層的厚度為ΙΟμπι?50μηι。
[0009]在其中一個實施例中，所述通過激光照射對工件的待焊接區(qū)域進行預處理包括以下步驟:
[0010]對所述工件的待焊接區(qū)域進行定位；
[0011]利用第一激光器對所述工件的待焊接區(qū)域進行掃描，掃描完畢后在所述工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層；及
[0012]清除所述氧化層表面的污垢，并用溶劑進行擦拭。
[0013]在其中一個實施例中，所述第一激光器為脈沖激光器，所述脈沖激光器的發(fā)射激光的波長為355nm?1064nm，脈沖寬度為納秒或納秒以下量級。
[0014]在其中一個實施例中，所述利用第一激光器對所述工件的待焊接區(qū)域進行掃描的過程中，所述第一激光器的輸出功率為30W?50W，掃描速度為5m/s?10m/S，光斑大小為50 ?80 μ m0
[0015]在其中一個實施例中，所述通過激光照射對工件的待焊接區(qū)域進行預處理的過程中，通過CXD圖像系統(tǒng)和掃描振鏡控制氧化路徑和氧化深度。
[0016]在其中一個實施例中，所述對所述預處理后的工件進行激光焊接包括以下步驟:
[0017]將所述預處理后的工件固定；及
[0018]在惰性氣體氛圍下，利用第二激光器沿所述工件的氧化層進行焊接。
[0019]在其中一個實施例中，所述第二激光器的功率為200W?1000W。
[0020]在其中一個實施例中，所述利用第二激光器沿所述工件的氧化層進行焊接時，焊接速度為3mm/s?5mm/s,離焦量為Omm?+5mm。
[0021]在其中一個實施例中，所述工件包括銅制工件和鋁制工件。
[0022]本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]本發(fā)明的激光焊接方法，在對工件進行激光焊接之前，先對工件的待焊接區(qū)域進行預處理，使工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層。當?shù)谝患す馄靼l(fā)射的激光打到工件的待焊接區(qū)域表面時，由于激光的熱量較高，會使工件的待焊接區(qū)域表面發(fā)生氧化反應，形成氧化層；并且，當激光打到工件的待焊接區(qū)域表面時，工件表面會有部分粒子被激光濺射出去或在高溫下氣化，因此，經(jīng)第一激光器掃描后，工件的待焊接區(qū)域表面會形成一些微細結構，增加工件的待焊接區(qū)域表面的粗糙度。一般地，金屬薄膜的反射率高于對應金屬氧化物薄膜的反射率，且粗糙度越高，反射率越低。因此，經(jīng)預處理后，大大降低了工件的待焊接區(qū)域的反射率，提高了材料對激光的吸收率。同時，由于工件的待焊接區(qū)域反射率降低，可采用較低功率的激光器對工件進行焊接，本發(fā)明的激光焊接方法在銅、鋁等高反射率材料的焊接、封裝等領域有著廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為一實施例的激光焊接方法所使用裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0026]本發(fā)明提供了一種激光焊接方法，適用于金屬材料制成的工件的焊接，尤其適用于銅、鋁等高反射率材料制成的工件的焊接，該激光焊接方法可顯著提高工件對激光的吸收率，解決了對高反射率材料進行焊接時需使用千瓦級以上激光器的問題。
[0027]本發(fā)明的激光焊接方法包括以下步驟:
[0028]SlOO:通過激光照射對工件的待焊接區(qū)域進行預處理，預處理完畢后在工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層。
[0029]本發(fā)明中，在進行激光焊接之前，首先對工件的待焊接區(qū)域進行預處理，該預處理過程通過激光照射完成。預處理后，工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層。一般地，工件為金屬材料制成，而大多數(shù)金屬氧化物的顏色較相應的金屬的顏色要深；一般情況下，工件的顏色越深，反射率越低，因此，經(jīng)預處理后，工件的待焊接區(qū)域反射率降低，吸收率增加。
[0030]當?shù)谝患す馄靼l(fā)射的激光打到工件的待焊接區(qū)域表面時，由于激光的熱量較高，會使工件的待焊接區(qū)域表面發(fā)生氧化反應，形成氧化層；并且，當激光打到工件的待焊接區(qū)域表面時，工件表面會有部分粒子被激光濺射出去或在高溫下氣化。因此，經(jīng)第一激光器掃描后，工件的待焊接區(qū)域表面會形成一些微細結構，增加工件的待焊接區(qū)域表面的粗糙度。一般地，金屬薄膜的反射率高于對應金屬氧化物薄膜的反射率。例如，當工件由銅、鋁等高反射率的材料制成時，氧化鋁或氧化銅的反射率小于鋁或銅的反射率，因此，氧化層可降低工件的待焊接區(qū)域的反射率；而微細結構增加了工件表面的粗糙度，粗糙度越高，反射率越低，因而，微細結構進一步降低了工件的待焊接區(qū)域的反射率。
[0031]本步驟中，氧化層的厚度(即氧化深度)根據(jù)具體的工件及焊接要求而定。一般地，待焊接工件越厚，要求的焊接強度越高，氧化層也相應地越厚。較佳地，氧化層的厚度為10 μ m?50 μ m，該厚度不僅能有效降低反射率，且工藝簡單、容易實現(xiàn)。
[0032]優(yōu)選地，通過激光照射的方式對工件的待焊接區(qū)域進行預處理包括如下步驟:
[0033]SllO:對工件的待焊接區(qū)域進行定位。
[0034]該步驟的作用是確定焊接的具體位置，較佳地，待焊接區(qū)域的定位通過CCD (Charge-coupled Device,電荷稱合原件)圖像系統(tǒng)來實現(xiàn)。具體方法如下:
[0035]首先，找到激光焦點相對于CXD圖像中心(一般有帶刻度的十字線)的坐標(X。，Y0);而后，通過移動工件所在的工作臺，使工件的待焊區(qū)域的中心點與C⑶圖像中心點(一般為十字線中心)完全重合，再移動工作臺至相對位置(?,?處，即完成了對待焊接區(qū)域的定位。
[0036]S120:利用第一激光器對工件的待焊接區(qū)域進行掃描，掃描完畢后在工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層。
[0037]本步驟中，第一激光器優(yōu)選為脈沖激光器，發(fā)射激光的波長為355nm?1064nm,脈沖寬度小于等于納秒量級。脈沖激光器可實現(xiàn)對工件掃描路徑(即氧化路徑)的精確控制，僅在待焊接區(qū)域進行掃描，避免對工件的其他部位造成損傷。
[0038]在其中一個實施例中，在對工件的待焊接區(qū)域進行掃描的過程中，脈沖激光器的輸出功率為30W?50W，掃描速度優(yōu)選為5m/s?10m/s，光斑大小為50 μ m?70 μ m。在上述參數(shù)下，不僅能夠有效地減小激光器能量的損耗，且能實現(xiàn)激光器對工件掃描路徑的精確控制，增加掃描后形成的氧化層的均勻性，進而增加激光焊接后焊縫的均勻性。
[0039]S130:清除氧化層表面的污垢，并用溶劑進行擦拭。
[0040]由于在經(jīng)第一激光器掃描完畢后，氧化層表面會殘留一些雜質和污垢，為了保證焊接質量，在對工件進行焊接之前，還需要對工件的氧化區(qū)域進行處理，即將氧化層表面的污垢清除，并用溶劑擦拭干凈，該溶劑優(yōu)選為丙酮。
[0041]上述預處理方式工藝簡單、成本低廉，氧化均勻；可顯著降低工件的待焊接區(qū)域的反射率；并且，通過激光照射進行預處理，無需借助其他材料實現(xiàn)工件的待焊接區(qū)域的氧化，因此減少了雜質粒子的引入，在后續(xù)的焊接過程中，有效保證了焊縫質量。
[0042]S200:對預處理后的工件進行激光焊接。
[0043]作為一種可實施方式，對預處理后的工件進行激光焊接包括如下步驟:
[0044]S210:將預處理后的工件固定。
[0045]在進行焊接前，需要先將待焊接的工件固定在工作臺上，以保證焊接的精度和準度。一般地，待焊接工件通過夾具進行固定。
[0046]S220:在惰性氣體氛圍下，利用第二激光器沿工件的氧化層進行焊接。
[0047]在對工件的待焊接區(qū)域進行預處理后，由于工件的待焊接區(qū)域形成氧化層，因此，工件的待焊接區(qū)域反射率降低，對入射激光的吸收率增加，即使工件為銅、鋁等高反射率材料制成時，采用功率較低的激光器也能完成焊接過程。作為優(yōu)選，第二激光器的功率為200W?1000W。利用低功率的激光器，減少了能量的浪費，降低了成本，降低了對激光器光學系統(tǒng)造成損傷的幾率。
[0048]優(yōu)選地,在焊接過程中，焊接速度為3mm/s?5mm/s,離焦量為Omm?+5mm,有利于增加焊縫的均勻性，增強焊接強度。
[0049]作為一種可實施方式，惰性氣體采用氬氣，其制備簡單，成本低廉；并具有穩(wěn)定的化學性質，不易與其他物質發(fā)生反應，能起到較佳的保護作用。
[0050]經(jīng)預處理后，工件的待焊接區(qū)域對入射激光的反射率明顯降低，因此，可實現(xiàn)低功率的激光器對銅、鋁等高反射率的材料的焊接，有效降低了能量的損耗，避免了焊接過程中由于反射率過高對激光器光學系統(tǒng)造成的損傷；同時由于工件的待焊接區(qū)域對入射激光的吸收率增加，使得工件的待焊接區(qū)域的熔化速率加快，進而提高了焊接速率。
[0051]需要說