明的是，本發(fā)明中，激光器的功率是指激光器的最大輸出功率，而激光器的輸出功率是指工作過程中激光器的實(shí)際輸出功率。
[0052]參見圖1，在上述通過激光照射的方式對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理的過程中，氧化路徑(即第一激光器100沿工件的待焊接區(qū)域的掃描路徑)和氧化深度(即氧化層的厚度)通過CXD圖像系統(tǒng)500和掃描振鏡600來控制，具體過程如下:
[0053](I)將工件300置于工作臺(tái)400上，優(yōu)選地，工作臺(tái)400為伺服工作臺(tái)，并與控制系統(tǒng)700相連接，工作臺(tái)400在控制系統(tǒng)700的控制下動(dòng)作；將CXD圖像系統(tǒng)500置于工件300的上方，同時(shí)將CXD圖像系統(tǒng)500與控制系統(tǒng)700相連接，CXD圖像系統(tǒng)500對(duì)工件300的待焊接區(qū)域進(jìn)行定位，并將監(jiān)測(cè)到的工件的光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng) 700。
[0054](2)通過控制系統(tǒng)700移動(dòng)工作臺(tái)400，使工件300位于掃描振鏡600的正下方；連通第一激光器100到掃描振鏡600的光路，并將第一激光器100電連接到控制系統(tǒng)700，通過控制系統(tǒng)700來調(diào)節(jié)第一激光器100的掃描速度、輸出功率及光斑大小等參數(shù)。
[0055](3)掃描完成后，工件300的待焊接區(qū)域形成一層氧化層。
[0056]通過CXD圖像系統(tǒng)500及掃描振鏡600，使得預(yù)處理過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，增加了預(yù)處理的速率；同時(shí)，CCD圖像系統(tǒng)500及掃描振鏡600使得第一激光器100發(fā)射的激光沿著氧化區(qū)域進(jìn)行精確掃描，可實(shí)現(xiàn)氧化深度和氧化路徑的精確控制，進(jìn)而提高了氧化層的均勻性，利于后續(xù)步驟中的激光焊接并保護(hù)工件。
[0057]繼續(xù)參見圖1，預(yù)處理和焊接過程可由同一套設(shè)備實(shí)現(xiàn)。連通第二激光器200到掃描振鏡600的光路，同時(shí)將第二激光器200與控制系統(tǒng)700電連接，通過控制系統(tǒng)700來調(diào)節(jié)第二激光器200的輸出功率、焊接速度及離焦量等參數(shù)。
[0058]本發(fā)明的激光焊接方法，在對(duì)工件進(jìn)行激光焊接之前，首先對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，使工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層，從而使工件的待焊接區(qū)域?qū)θ肷浼す獾奈章试黾?，降低了能量損失，避免了由于工件的反射率過高造成的激光器光學(xué)系統(tǒng)的損傷。
[0059]本發(fā)明利用激光照射進(jìn)行預(yù)處理，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，無需借助其他材料實(shí)現(xiàn)工件的待焊接區(qū)域的氧化，因此減少了雜質(zhì)粒子的引入，保證了焊接強(qiáng)度。
[0060]并且，由于工件的待焊接區(qū)域?qū)θ肷浼す獾奈章试黾?，使得工件的待焊接區(qū)域的熔化速率加快，進(jìn)而提高了焊接速率。
[0061]此外，本發(fā)明的激光焊接方法通過CXD圖像系統(tǒng)和掃描振鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化路徑和氧化深度的精確控制，提高氧化的均勻性，從而提高焊縫的均勻性，有效保證了焊縫質(zhì)量；同時(shí)，可采用低功率的激光器進(jìn)行工件的焊接，進(jìn)一步降低了能量損耗，在高反射率材料的焊接、封裝等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0062]下面通過三個(gè)具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0063]實(shí)施例1
[0064]將厚度為0.5mm的紫銅板切割成40mmX 80mm，放置在工作臺(tái)上；利用CXD圖像系統(tǒng)對(duì)紫銅板的待焊接區(qū)域進(jìn)行定位；定位完成后，啟動(dòng)工作臺(tái)，使紫銅板移到掃描振鏡的正下方；開啟第一激光器及掃描振鏡，其中，第一激光器為波長(zhǎng)為1064nm、功率為300W的皮秒激光器，通過控制系統(tǒng)把第一激光器的發(fā)射功率調(diào)整為30W、掃描速度設(shè)置為5m/s，而后利用聚焦光斑為70um的激光對(duì)紫銅板進(jìn)行預(yù)處理，形成厚度為10 μ m的氧化層。
[0065]對(duì)上述預(yù)處理完畢的紫銅板進(jìn)行反射率的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為75%，未經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為93%?？梢姡?jīng)預(yù)處理過后的區(qū)域的反射率顯著降低。
[0066]預(yù)處理完成后，清除氧化層表面的污垢，并用丙酮徹底清洗干凈；而后利用第二激光器進(jìn)行焊接。其中，第二激光器為功率為500W的連續(xù)波光纖激光器，在焊接過程中，通過控制系統(tǒng)把第二激光器的輸出功率調(diào)整為239W、焊接速度調(diào)整為5mm/s，離焦量調(diào)整為+5mm。
[0067]實(shí)施例2
[0068]將厚度為0.5mm的鋁板切割成40mmX 80mm，放置在工作臺(tái)上；利用CXD圖像系統(tǒng)對(duì)鋁板的待焊接區(qū)域進(jìn)行定位；定位完成后，啟動(dòng)工作臺(tái)，使鋁板移到掃描振鏡的正下方；開啟第一激光器及掃描振鏡，其中，第一激光器為波長(zhǎng)為355nm、功率為90W的皮秒激光器，通過控制系統(tǒng)把第一激光器的發(fā)射功率調(diào)整為50W、掃描速度設(shè)置為lOm/s，而后利用聚焦光斑為50um的激光對(duì)招板進(jìn)行預(yù)處理,形成厚度為50 μ m的氧化層。
[0069]對(duì)上述預(yù)處理完畢的鋁板進(jìn)行反射率的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為70%，未經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為92%?？梢姡?jīng)預(yù)處理過后的區(qū)域的反射率顯著降低。
[0070]預(yù)處理完成后，清除氧化層表面的污垢，并用丙酮徹底清洗干凈；而后利用第二激光器進(jìn)行焊接。其中，第二激光器為功率為500W的連續(xù)波光纖激光器，在焊接過程中，通過控制系統(tǒng)把第二激光器的輸出功率調(diào)整為300W、焊接速度調(diào)整為3mm/s，離焦量調(diào)整為Omm0
[0071]實(shí)施例3
[0072]將厚度為0.5mm的紫銅板切割成40mmX 80mm，放置在工作臺(tái)上；利用CXD圖像系統(tǒng)對(duì)紫銅板的待焊接區(qū)域進(jìn)行定位；定位完成后，啟動(dòng)工作臺(tái)，使紫銅板移到掃描振鏡的正下方；開啟第一激光器及掃描振鏡，其中，第一激光器為波長(zhǎng)為850nm、功率為200W的納秒激光器，通過控制系統(tǒng)把第一激光器的發(fā)射功率調(diào)整為40W、掃描速度設(shè)置為8m/s，而后利用聚焦光斑為SOum的激光對(duì)紫銅板進(jìn)行預(yù)處理，形成厚度為30 μ m的氧化層。
[0073]對(duì)上述預(yù)處理完畢的紫銅板進(jìn)行反射率的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為:經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為68%，未經(jīng)預(yù)處理的區(qū)域?qū)?064nm的激光的反射率為93%?？梢?，經(jīng)預(yù)處理過后的區(qū)域的反射率顯著降低。
[0074]預(yù)處理完成后，清除氧化層表面的污垢，并用丙酮徹底清洗干凈；而后利用第二激光器進(jìn)行焊接。其中，第二激光器為功率為600W的連續(xù)波光纖激光器，在焊接過程中，通過控制系統(tǒng)把第二激光器的輸出功率調(diào)整為500W、焊接速度調(diào)整為4mm/s，離焦量調(diào)整為+3mm。
[0075]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光焊接方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過激光照射對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)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 對(duì)所述預(yù)處理后的工件進(jìn)行激光焊接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述氧化層的厚度為ΙΟμπι?50 μ m03.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述通過激光照射對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理包括以下步驟: 對(duì)所述工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行定位； 利用第一激光器對(duì)所述工件的待焊接區(qū)域進(jìn)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 清除所述氧化層表面的污垢，并用溶劑進(jìn)行擦拭。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，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(zhǎng)為355nm?1064nm,脈沖寬度為納秒或納秒以下量級(jí)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述利用第一激光器對(duì)所述工件的待焊接區(qū)域進(jìn)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 m。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述通過激光照射對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理的過程中，通過C⑶圖像系統(tǒng)和掃描振鏡控制氧化路徑和氧化深度。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的激光焊接方法，其特征在于，所述對(duì)所述預(yù)處理后的工件進(jìn)行激光焊接包括以下步驟: 將所述預(yù)處理后的工件固定；及 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(jìn)行焊接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二激光器的功率為200W ?100ffo9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，所述利用第二激光器沿所述工件的氧化層進(jìn)行焊接時(shí)，焊接速度為3mm/s?5mm/s,離焦量為Omm?+5mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述工件包括銅制工件和鋁制工件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光焊接方法，包括以下步驟：通過激光照射對(duì)工件的待焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理完畢后所述工件的待焊接區(qū)域表面形成一層氧化層；對(duì)所述預(yù)處理后的工件進(jìn)行激光焊接。上述激光焊接方法，使得工件的待焊接區(qū)域反射率明顯降低，提高了材料對(duì)激光的吸收率，大大減小了能量的損耗；工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，無需借助其他材料實(shí)現(xiàn)工件的待焊接區(qū)域的氧化，因此減少了雜質(zhì)粒子的引入，保證了焊接強(qiáng)度；可采用較低功率的激光器對(duì)工件進(jìn)行焊接，在高反射率材料的焊接、封裝等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B23K26/60, B23K26/12, B23K26/21
【公開號(hào)】CN105081568
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410163798
【發(fā)明人】焦俊科, 張文武, 張?zhí)鞚?rùn), 阮亮, 孫加強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年4月23日