CN102554392B - 一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置及方法，属于焊接技术领域。该装置包括有：用以置放待熔热熔介质的熔池；覆盖于熔池外表面、或内表面的导热膜；设置在熔池外侧的保温层，以及在所述保温层上，设置有用以导通激光的开孔；设置在熔池上用以导出热熔体的导孔结构，以及控制导孔开启和闭合的开关结构。利用本发明，可以通过高导热材料对激光的散热作用，以熔融介质的方式实现良好的焊接功能。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接领域。
背景技术
激光焊接是激光材料加工技术的一种应用，主要用于焊接薄壁材料。现有激光焊接主要应用于铝、不锈钢、金、银等金属材料的精密焊接，并能完成不同材料的异性焊接，如铝同银的焊接，金和银的焊接，具体包括点焊，对接焊，密封焊等。
激光焊接作为一种具有很大发展潜力的技术，具有高速度、低变形、热影响区小、易于实现自动化以及焊接质量可精确控制的优点，目前广泛应用于汽车、电子、航空航天及船舶制造等工业领域。
但是，激光焊接也存在诸多缺点，如激光焊接对焊件装配条件(如间隙、错边、不等厚度等)要求很高，过程控制困难(如焦点波动、光束对中等)，以及焊缝易于产生气孔、裂纹缺陷等等这些缺点限制了激光焊接的进一步应用。
因此，目前迫切需要本领域技术人员解决的问题是，对于利用激光进行焊接的装置进行优化，以弥补激光焊接的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用激光与高散热材料进行焊接的装置及方法，以提供一种利用激光加热、高散热材料导热来实现的焊接技术。
本发明采用的技术方案是：
一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，该装置包括有：
用以置放待熔热熔介质的熔池；
覆盖于熔池外表面、或内表面的导热膜；
设置在熔池外侧的保温层，以及在所述保温层上，设置有用以导通激光的开孔；
设置在熔池上用以导出热熔体的导孔结构，以及控制导孔开启和闭合的开关结构。
优选的，该装置还包括用以通过保温层上的开孔对热熔介质进行加热的激光发生器；
优选的，该装置还包括用以提醒热熔介质已开始熔化的提醒组件。
优选的，所述提醒组件的开启，是通过触发结构实现的；当热熔介质熔化时，液态热熔体会流向导孔结构，进而触发提醒组件的开启。
优选的，所述的待熔热熔介质为用于进行焊接的材料；所述用于焊接的材料为锡、铅、镍、铝、铜、银、玻璃、石英等常用的焊接材料。
优选的，所述熔池的材料为导热材料，熔点在1450℃以上，且高于待熔热熔介质的导热材料；所述的熔池材料为金刚石、石墨、导热陶瓷、钨等至少其一的材料。
优选的，所述的覆盖于熔池表面的导热膜为高导热石墨膜或石墨烯膜。
优选的，所述的保温层材料为熔点在1450℃以上的隔热材料，例如，硅藻土制品、氧化铝制品、氧化镁制品、碳化硅制品、隔热陶瓷等材料。
本发明还提供一种利用激光和高散热材料进行焊接的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在熔池中填充待熔热熔介质；
步骤2，激光发生器通过保温层上的开孔，对熔池外表面的导热膜处进行加热；
步骤3，当熔池内的热熔介质熔化时，通过开关结构开启导孔结构；
步骤4，液态的热熔体通过导孔结构，通向目标焊接处；
步骤5，关闭导孔结构，已导出的液态热熔体在目标焊接处冷却凝固，完成焊接过程。
优选的，步骤1中所述的待熔热熔介质为，在高温情况下溶解后用于进行焊接的材料，该材料优选锡、铅、镍、铝、铜、银、玻璃、石英等。
优选的，步骤2中所述的激光发生器为用于焊接的激光发生器，所述激光发生器通过保温层上的开孔，直接接近熔池外表面的导热膜，进行加热。
优选的，步骤3中所述的热熔介质熔化时，会流向导孔结构处，进而触发提醒组件的开启，此时表明热熔介质已开始熔化；当提醒组件开启时，即可通过开关结构开启导孔。
优选的，所述步骤4中，导孔结构对准目标焊接处，当开启导孔时，热熔体即喷向目标焊接处。
优选的，所述步骤5中，当喷出热熔体的量达到焊接标准时，即可关闭导孔结构，使热熔体停止导出。
附图说明
图1是本发明实施例所示的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置的示意图。
图2是本发明所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的方法流程图。
具体实施方式
在本发明中，提供了一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置及方法。下面结合图1所示，首先对利用激光和高散热材料进行焊接的装置作详细描述。
本发明所述的装置包括有，
用以置放待熔热熔介质的熔池；
覆盖于熔池外表面、或内表面的导热膜；
设置在熔池外侧的保温层，以及在所述保温层上，设置有用以导通激光的开孔；
设置在熔池上用以导出热熔体的导孔结构，以及控制导孔开启和闭合的开关结构。
用以通过保温层上的开孔对热熔介质进行加热的激光发生器；
用以提醒热熔介质已开始熔化的提醒组件。
如图1所示，这是利用激光和高散热材料进行焊接的装置100的示意图，其中熔池110是用以置放待熔热熔介质的结构，导热膜120为覆盖于熔池外表面、或内表面的高导热膜片，保温层130为设置在熔池外侧的保温结构，开孔131为设置在保温层上用以导通激光的孔道，导孔140为设置在熔池上用以导出热熔体的结构，图中所示的热熔体141为从导孔140中导出的热熔物质，开关150为控制导孔开启和闭合的结构，提醒组件160为用以提醒热熔介质已开始熔化的组件，激光发生器170是对热熔介质进行加热的装置，热熔介质180为熔池110中的待熔的物质。
对于熔池110，需要采用导热材料，以使激光产生的热量能够快速传递到熔池内部的热熔介质中，另外，熔池所采用的材料，其熔点要高于热熔介质，因为当热熔介质熔化时，熔池还要有盛载能力。因此对于熔池的制造材料需要选用高熔点的导热材料，举例来说，如金刚石、石墨、导热陶瓷、钨等材料都是可以的。
对于导热膜120，其设置的目的是为了更快的传递热量，因此将其覆盖于熔池的表面上，所以导热膜120应该采用高散热且高熔点的材料，本发明中优选为高导热石墨膜或石墨烯膜。利用碳成分所制作的高散热石墨膜，具有很高的散热能力，可以达到1500～1750W/m·K。而目前作为研究热点的石墨烯材料，则具有更加强大的散热能力，其热导率约为5000W/m·K；同时，石墨的熔点也非常高，达到3500℃以上。
对于保温层130，是为了减少熔池的热量散发到环境中，造成热量的浪费，因此将保温层130覆盖在熔池110的外侧，对于保温层所采用的材料，需要满足的条件是高熔点的隔热材料，举例来说，如硅藻土制品、氧化铝制品、氧化镁制品、碳化硅制品、隔热陶瓷等材料都是可以的。另外，为了使激光发生器能够直接靠近或接触熔池进行加热，需要在保温层上设置一个开孔131。
对于导孔140，是将熔化的液态热熔介质导向目标焊接处的结构，图中的热熔体141即为导出的液态物质的示意图。对于导孔140应该具有开启和闭合的功能，当需要将液态热熔体导向目标焊接处时，开启导孔140，不需要将液态热熔体导出的情况下或者热熔介质未熔化时则处于关闭状态。因此在熔池上设置了用以控制导孔140开启和闭合的开关150。
由于熔池构造并不是透明的，对于熔池内的热熔介质是否已经熔化，是很难直接观察到的，因此在熔池上设置了用以提醒热熔介质已开始熔化的提醒组件160。对于提醒组件160可以设置在熔池上任意容易被观察的位置。提醒组件160可以通过亮灯进行提醒，对于提醒组件的开启通过导孔140进行触发，当热熔介质熔化时，会流向导孔结构，这时会施加给导孔140一个压力，可以通过该压力作为触发因素，当压力达到一定值时，会触发提醒组件160的开启。
对于激光发生器170，所产生的激光是用于焊接的激光，目前主要有两种，即二氧化碳激光和Nd:YAG激光。激光发生器通过保温层上的开孔131，可以直接靠近或接触熔池表面的导热膜进行加热。这儿采用激光作为热源进行加热，是因为激光束可聚焦在很小的区域，且瞬间达到很高的温度。当然，对于其它的有效加热方式在本发明中采用也是可以。
对于熔池中的待熔热熔介质180，是用于焊接的材料，它们在熔池中溶化后，通过导孔140通向目标焊接处，在焊接位置冷却凝固后达到焊接目的。对于热熔介质180的材料为常用的焊接材料，举例来说，如锡、铅、镍、铝、铜、银、玻璃、石英等。
结合利用激光和高散热材料进行焊接的装置的描述，下面对利用该装置进行焊接的方法作详细描述，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤1，在熔池中填充待熔热熔介质；
步骤2，激光发生器通过保温层上的开孔，对熔池外表面的导热膜处进行加热；
步骤3，当熔池内的热熔介质熔化时，通过开关结构开启导孔结构；
步骤4，液态的热熔体通过导孔结构，通向目标焊接处；
步骤5，关闭导孔结构，已导出的液态热熔体在目标焊接处冷却凝固，完成焊接过程。
对于步骤1，填充的待熔热熔介质，其形状优选为粉末状或小颗粒状，这种形状有利于待熔热熔介质与熔池进行充分接触，加快熔化速度。热熔介质的材料，是目标焊接所需要的材料，如锡、铅、镍、铝、玻璃、石英等等。
对于步骤2，所述的激光发生器，其产生的激光是用于焊接的目的，目前用于焊接的激光主要有两种，即二氧化碳激光和Nd:YAG激光，所产生的激光束可聚焦在很小的区域，且瞬间达到很高的温度。当然，对于其它有效的加热方式，也可以适用于本发明，例如，激光与其它热源的复合采用。
对于步骤3，当熔池内的热熔介质熔化时，熔化的液态热熔体会流向导孔结构处，进而触发提醒组件的开启，此时表明热熔介质已开始熔化；当提醒组件开启时，即可通过开关结构开启导孔，使热熔体通向目标焊接处。
对于步骤4，导孔结构在开启前，需要首先对准目标焊接处，当开启导孔时，热熔体即导向目标焊接处。
对于步骤5，当导出的液态热熔体的量达到焊接标准时，即可关闭导孔结构，使热熔体停止导出。液态热熔体在目标焊接处冷却凝固后，即达到焊接目的。
以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：该装置包括有，
用以置放待熔热熔介质的熔池；
高散热材料为覆盖于熔池外表面、或内表面的导热膜；
设置在熔池外侧的保温层，以及在所述保温层上，设置有用以导通激光的开孔；
在所述熔池上设置有用以导出热熔体的导孔结构，以及控制导孔开启和闭合的开关结构，
其中，所述的导热膜为高导热石墨膜或石墨烯膜，所述的保温层材料为熔点在1450℃以上的隔热材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：该装置还包括，用以通过保温层上的开孔对待熔热熔介质进行加热的激光发生器。
3.根据权利要求1所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：该装置还包括，用以提醒热熔介质已开始熔化的提醒组件。
4.根据权利要求3所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：当热熔介质熔化时，液态热熔体会流向导孔结构，进而触发所述提醒组件的提醒功能的开启。
5.根据权利要求1所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：所述的待熔热熔介质为用于焊接的材料，为锡、铅、镍、铝、铜、银、玻璃、石英中至少其一的材料。
6.根据权利要求1所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：所述熔池的材料，为熔点在1450℃以上，且高于待熔热熔介质的导热材料。
7.根据权利要求6所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：所述的熔池的材料金刚石、石墨、导热陶瓷、钨中至少其一的材料。
8.根据权利要求1所述的一种利用激光和高散热材料进行焊接的装置，其特征在于：所述的保温层材料为硅藻土制品、氧化铝制品、氧化镁制品、碳化硅制品、隔热陶瓷中至少其一的材料。
9.一种实施权利要求1所述利用激光和高散热材料进行焊接的装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
步骤1，在熔池中填充待熔热熔介质；
步骤2，激光发生器通过保温层上的开孔，对熔池外表面的导热膜处进行加热；
步骤3，当熔池内的热熔介质熔化时，通过开关结构开启导孔结构；
步骤4，液态的热熔体通过导孔结构，通向目标焊接处；
步骤5，关闭导孔结构，已导出的液态热熔体在目标焊接处冷却凝固，完成焊接过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤3中所述的热熔介质熔化时，会流向导孔结构处，进而触发用以提醒热熔介质已熔化的功能组件的开启。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 213149 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Dragon Road Economic Development Zone No. 2 Applicant after: TANYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 213149 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Dragon Road Economic Development Zone No. 2 Applicant before: Jiangsu carbon dollar Polytron Technologies Inc. Address after: 213149 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Dragon Road Economic Development Zone No. 2 Applicant after: Jiangsu carbon dollar Polytron Technologies Inc. Address before: 213149 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Dragon Road Economic Development Zone No. 2 Applicant before: CHANGZHOU TANYUAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: JIANGSU TANYUAN TECHNOLOGY CO., LTD TO: TANYUAN SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: CHANGZHOU TANYUAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. TO: JIANGSU TANYUAN TECHNOLOGY CO., LTD |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 213145 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Economic Development Zone Lanxiang Road No. 7 Applicant after: TANYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 213149 Jiangsu city of Changzhou province Wujin Dragon Road Economic Development Zone No. 2 Applicant before: TANYUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Jianhong Inventor before: Request for anonymity |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ma Yuchen Inventor before: Wang Jianhong |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160120 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |