CN106976243A - 一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统，包括光纤激光器、与光纤激光器电连接且可发出激光束的激光头、与光纤激光器电连接并控制光纤激光器进行激光焊接的工业计算机；激光焊接系统还包括用于夹紧有机玻璃工件与不锈钢工件的夹紧装置，夹紧装置包括下压板和相互分离且分别压紧工件两端的上压板，上压板可通过螺旋转动结构调整对工件的压紧度。本发明还提出一种使用有机玻璃与不锈钢激光焊接系统的控制方法，可使得有机玻璃工件以及不锈钢工件紧密夹紧以进行有效焊接。相对于现有技术，本发明技术方案具有生产效果高、焊缝强度高、焊接变形小以及精准焊接等优点。

Description

一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统及焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统及焊接方法。

背景技术

随着新材料和新结构的不断涌现，金属材料和非金属复合材料的综合应用得到极大发展，而不锈钢和有机玻璃因为各自具有独特的质轻及高强度等物理特性，因此在医疗器械、包装工业、汽车零部件、电子器件的技术领域中得到广泛应用。

但是不锈钢和有机玻璃之间的焊接存在一定的技术困难，因为两种材料的熔点相差较大，使得两种材料之间的相容性较低，而两者进行焊接时的熔合区难以形成金属与非金属之间混合化合物，从而降低焊接强度，同时因为不锈钢表面存在氧化膜，会阻碍两种材料之间的结合。

目前，针对不锈钢与有机玻璃之间的连接主要采用粘接、机械铆接、铜焊或超声波焊接等方式，而上述方式制造出来的结构存在外形不佳、接头强度不够理想且生产效率较低等缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统及焊接方法，旨在降低生产成本、提高生产效率以及保证精准焊接。

为实现上述目的，本发明提出一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统，包括光纤激光器、与所述光纤激光器电连接且可发出激光束的激光头、与所述光纤激光器电连接并控制所述光纤激光器进行激光焊接的工业计算机；所述激光焊接系统还包括用于夹紧有机玻璃工件与不锈钢工件的夹紧装置，所述夹紧装置包括下压板和相互分离且分别压紧工件两端的上压板，所述上压板可通过螺旋转动结构调整对工件的压紧度。

优选地，激光焊接系统设有可喷射保护气体的保护气体喷嘴，所述保护气体喷嘴的末端朝向于工件焊接位置。

优选地，所述保护气体喷嘴可喷射出用于保护焊接的气体为氩气。

优选地，所述光纤激光器控制输出激光的功率为30～144W，脉冲激光持续时间为3～7ms，激光束扫描频率为6～14Hz，激光移动速度为0.6～1.4mm/s，激光器光斑直径为2～10mm，所述保护气体喷嘴喷射气体流量为15～35L/min。

优选地，所述光纤激光器控制输出激光的功率为105W，脉冲激光持续时间为5ms，激光束扫描频率为14Hz、激光移动速度为1mm/s、激光光斑直径为6mm，保护气体的流量为25L/min。

优选地，位于有机玻璃工件与不锈钢工件焊接相连位置下方的所述下压板顶面设有用于排泄焊接气体的排气凹槽。

本发明还提出一种使用所述有机玻璃与不锈钢激光焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：打磨清洁不锈钢工件的表面，并将打磨后的不锈钢工件置于清洗液中进行超声波清洗，清洗完毕后取出并干燥；

步骤2：将有机玻璃工件置于清洗液中进行超声波清洗，去除所述有机玻璃工件表面杂质后取出并干燥；

步骤3：将有机玻璃工件放置于所述下压板顶面，将不锈钢工件放置于所述有机玻璃工件上，并通过所述上压板将所述有机玻璃工件以及所述不锈钢工件压紧于所述下压板顶面；

步骤4：所述工业计算机控制所述光纤激光器并通过所述激光头发出激光束，激光束经过所述有机玻璃工件与所述不锈钢工件焊接位置并使两者焊接相连形成一体。

本发明技术方案通过采用工业计算机控制光纤激光器从激光头发生激光，从而对有机玻璃工件和不锈钢工件进行焊接成型，并且通过夹紧装置和保护气体对焊接位置进行保护，使得焊接过程和焊接结果更加可靠。

相对于现有技术中将两者相连技术，本发明技术方案使得两者相连后具有较好透明性、化学和力学的稳定性、易染色、易加工以及外形美观等优点。并且相对于现有技术的铆接技术，本发明具有密封性能高、成本低且省时省力的优点；与粘接技术相比，本发明具有生产效率高、焊缝强度高优点；与铜焊技术相比，该方法绿色环保，适用性强的优点；与传统的超声波焊接技术相比，本发明技术方案具有熔池小、热影响区小、可实现精准焊接，能够克服传统技术中容易造成热变形的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明激光焊接系统的结构示意图；

图2为本发明焊件的焊缝剖面图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	光纤激光器	221	排气凹槽
11	激光头	3	工业计算机
				12	激光束	4	保护气体喷嘴
2	夹紧装置	5	不锈钢工件
				21	上压板	6	有机玻璃工件
211	螺钉	7	焊缝
				22	下压板

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统。

请参见图1，本发明实施例的一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统，包括光纤激光器1、与光纤激光器1电连接且可发出激光束12的激光头11、与光纤激光器1电连接并控制光纤激光器1进行激光焊接的工业计算机3；激光焊接系统还包括用于夹紧有机玻璃工件6与不锈钢工件5的夹紧装置2，夹紧装置2包括下压板22和相互分离且分别压紧工件两端的上压板21，上压板21可通过螺钉211进行旋转，以便于将上压板21与下压板22进行固定，同时可便于对工件压紧度的调整。

本发明实施例的有机玻璃与不锈钢激光焊接系统还设有可喷射保护气体的保护气体喷嘴4，保护气体喷嘴4的末端朝向于工件焊接位置并喷射出用于保护焊接结构的氩气。为了使得焊接过程中由有机玻璃工件6产生的气体及时地向外排泄，位于有机玻璃工件6与不锈钢工件5焊接相连位置下方且位于下压板22顶面设有用于排泄焊接气体的排气凹槽221，而在下压板22顶面设置有排气凹槽221，是为了使得焊接过程中的有机玻璃工件6高温熔化时产生的气体可快速排出，以保证焊接质量。

本发明实施例中，光纤激光器1控制输出激光的参数，输出激光的功率为105W，脉冲激光持续时间为5ms，激光束扫描频率为14Hz、激光移动速度为1mm/s、激光光斑直径为6mm，保护气体的流量为25L/min。

本发明还提出一种使用上述有机玻璃与不锈钢激光焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：打磨清洁不锈钢工件5的表面，并将打磨后的不锈钢工件5置于清洗液中进行超声波清洗，清洗完毕后取出并干燥；

步骤2：将有机玻璃工件6置于清洗液中进行超声波清洗，去除有机玻璃工件6表面杂质后取出并干燥；

步骤3：将有机玻璃工件6放置于下压板22顶面，将不锈钢工件5放置于有机玻璃工件6上，并通过上压板21将有机玻璃工件6以及不锈钢工件5两端压紧于下压板22顶面；

步骤4：工业计算机3控制光纤激光器1并通过激光头11发出激光束12，激光束12经过有机玻璃工件6与不锈钢工件5焊接位置并使两者焊接相连形成一体。

以下通过描述有机玻璃工件6与不锈钢工件5使用激光焊接系统的焊接工作过程，从而对上述的焊接方法作进一步说明：

焊接前使用目数较大的砂纸将不锈钢工件5表面污染物打磨去除，再将打磨后的不锈钢工件5放入清洗液中进行超声波清洗10～20分钟，从而可以去除不锈钢工件5表面的油污等杂质，取出不锈钢工件5并对不锈钢工件5进行烘干等方式的干燥处理。

然后将待焊接的有机玻璃工件6放置于以去离子水为主要成份的清洗液中进行超声波清洗10～20分钟，从而去除有机玻璃工件6表面杂质，最后也将有机玻璃工件6取出后进行干燥处理。

当不锈钢工件5和有机玻璃工件6干燥处理完毕后，将有机玻璃工件6放置于夹紧装置2的下压板22顶面，再将不锈钢工件5放置于有机玻璃工件6顶面，调整有机玻璃工件6和不锈钢工件5在水平方向相互错开一定尺寸，并且调整使得两者焊接的焊缝7处于排气凹槽221上方。采用两条上压板21分别压紧搭靠在一起的不锈钢工件5和有机玻璃工件6的两端，从而使得两者更加紧密贴合，以减小两者之间的间隙，避免两层材料之间因为间隙过大，从而导致焊接后产生虚焊。

请参见图2，工业计算机3通过光纤激光器1控制激光头12发出焊接用的激光光束，并且光纤激光器1控制激光头输出的激光束12沿着一定焊接轨迹扫描不锈钢工件5与有机玻璃工件6相互搭靠的边沿，并且激光束12扫描过程中有喷射有氩气对焊接位置进行保护。在高频率激光束的持续作用下，不锈钢工件5和有机玻璃工件6相互焊接相连的位置达到熔化状态，而在熔化状态下，下层的有机玻璃工件6会发生部分结构嵌入不锈钢工件5内部。同时上层的不锈钢工件5也会发生部分熔化状态，并且嵌入下层的有机玻璃工件6内部，从而使得不锈钢工件5和有机玻璃工件6焊接成为一体结构。其中本实施例焊接过程中，光纤激光器1控制输出激光束的功率为105W，脉冲激光持续时间5ms，激光束扫描频率为14Hz、激光移动速度为1mm/s、激光光斑直径为6mm，保护气体的流量为25L/min。

而在两个工件相互焊接完成后，需要将焊件进行剪切应力测试，在焊件的焊接位置施以1600N的剪切应力，使得不锈钢工件5和有机玻璃工件6构成的焊件在焊接位置产生断面，然后对断面进行打磨抛光以及化学腐蚀处理，最终得到焊接切面图。如果焊件的切面显示结果为上层的不锈钢工件5部分嵌入有机玻璃工件6的内部，同时下层的有机玻璃工件6部分嵌入上层的不锈钢工件5内部，并且形成熔融焊缝7，则符合相应的焊接要求，而这样的焊接结构可满足绝大部分构件中对于不锈钢工件5与有机玻璃工件6焊接质量的要求。

本发明实施例中的技术方案通过有机玻璃与不锈钢激光焊接系统和焊接方法使得不锈钢工件5和有机玻璃工件6焊接形成一体结构，相对于现有技术中将两者相连技术，本发明技术方案使得两者相连后具有较好透明性、化学和力学的稳定性、易染色、易加工以及外形美观等优点。

相对于现有技术的铆接技术，本发明具有密封性能高、成本低且省时省力的优点；与粘接技术相比，本发明具有生产效率高、焊缝强度高优点；与铜焊技术相比，该方法绿色环保，适用性强的优点；与传统的超声波焊接技术相比，本发明技术方案具有熔池小、热影响区小、可实现精准焊接，能够克服传统技术中容易造成热变形的技术问题。

因此，本发明技术方案既提高了相应制造技术的自动化程度，并符合当今对于绿色制造的潮流。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种有机玻璃与不锈钢激光焊接系统，其特征在于，包括光纤激光器、与所述光纤激光器电连接且可发出激光束的激光头、与所述光纤激光器电连接并控制所述光纤激光器进行激光焊接的工业计算机；所述激光焊接系统还包括用于夹紧有机玻璃工件与不锈钢工件的夹紧装置，所述夹紧装置包括下压板和相互分离且分别压紧工件两端的上压板，所述上压板可通过螺旋转动结构调整对工件的压紧度。

2.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，激光焊接系统设有可喷射保护气体的保护气体喷嘴，所述保护气体喷嘴的末端朝向于工件焊接位置。

3.如权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，所述保护气体喷嘴可喷射出用于保护焊接的气体为氩气。

4.如权利要求3所述的激光焊接系统，其特征在于，所述光纤激光器控制输出激光的功率为30～144W，脉冲激光持续时间为3～7ms，激光束扫描频率为6～14Hz，激光移动速度为0.6～1.4mm/s，激光器光斑直径为2～10mm，所述保护气体喷嘴喷射气体流量为15～35L/min。

5.如权利要求3所述的激光焊接系统，其特征在于，所述光纤激光器控制输出激光的功率为105W，脉冲激光持续时间5ms，激光束扫描频率为14Hz、激光移动速度为1mm/s、激光光斑直径为6mm，保护气体的流量为25L/min。

6.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，位于有机玻璃工件与不锈钢工件焊接相连位置下方的所述下压板顶面设有用于排泄焊接气体的排气凹槽。

7.一种使用如权利要求1至6任一所述有机玻璃与不锈钢激光焊接系统的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打磨清洁不锈钢工件的表面，并将打磨后的不锈钢工件置于清洗液中进行超声波清洗，清洗完毕后取出并干燥；

步骤2：将有机玻璃工件置于清洗液中进行超声波清洗，去除所述有机玻璃工件表面杂质后取出并干燥；

步骤3：将有机玻璃工件放置于所述下压板顶面，将不锈钢工件放置于所述有机玻璃工件上，并通过所述上压板将所述有机玻璃工件以及所述不锈钢工件压紧于所述下压板顶面；

步骤4：所述工业计算机控制所述光纤激光器并通过所述激光头发出激光束，激光束经过所述有机玻璃工件与所述不锈钢工件焊接位置并使两者焊接相连形成一体。