CN107414227B - 激光焊接方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及激光焊接方法及其装置。所述激光焊接装置包括激光发生机构及送锡机构，送锡机构包括送锡针。所述送锡针为具有容置腔的管状物，其包括围设容置腔的管壁以及两端面，两端面上分别开设与容置腔连通的端口。所述管壁上开设与容置腔连通的缺口使锡丝在传送方向上先从缺口露出后从端口送出。所述激光发生机构用于产生激光作用于送锡针传送的锡丝使锡丝先在缺口处预热后再从端口处送出。所述激光焊接方法采用上述的激光焊接装置对锡丝进行预热，以对工件进行焊接。通过在管壁上开设与容置腔连通的缺口，使得锡丝可先从缺口露出经激光预热后，再从端口送出，预热的锡丝可以在焊接过程中更快的熔融，以提高焊接效率。

Description

激光焊接方法及装置
【技术领域】
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及激光焊接方法及其装置。
【背景技术】
激光具有能量密度高，热传导迅速的优点，理论上可以实现极高的焊接速度。但实际焊接过程中，由于激光的利用率较低，同时激光能量密度高，长时间加热也极其容易烧蚀焊接处，因此要提高激光利用率以提升焊接效率就必须非常快速熔锡。因此，亟需提供解决上述问题的技术方案。
【发明内容】
为克服现有焊接效率低的问题，本发明提供一种激光焊接方法及其装置。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种激光焊接装置，用于对工件表面进行焊接，所述激光焊接装置包括激光发生机构及送锡机构，所述送锡机构包括传送锡丝的送锡针；所述送锡针为具有容置腔的管状物，其包括围设容置腔的管壁以及两端面，两端面上分别开设与容置腔连通的端口，所述管壁上开设与容置腔连通的缺口使锡丝在传送方向上先从缺口露出后从端口送出；所述激光发生机构用于产生激光作用于送锡针传送的锡丝使锡丝先在缺口处预热后再从端口处送出。
优选地，定义所述缺口所在段为预热段，定义缺口与容置腔连通的部分为连通段，所述连通段的长度为所述预热段长度的0.8-1倍。
优选地，所述送锡针包括直径大致一致圆筒形的第一套针，第一套针上开设所述缺口，预热段包括支撑锡丝的支撑部，所述支撑部的管壁的外表面积大于等于相同长度的未开设缺口的第一套针的管壁的外表面积的一半。
优选地，所述缺口与所述端口不连通，缺口靠近端口一端到此端口的端面距离2mm-6mm。
优选地，所述送锡机构还包括振动组件，所述振动组件带动送锡针振动。
优选地，所述激光发生机构包括聚焦件，所述聚焦件聚焦激光后出射激光与待焊接工件所在平面呈锐角。
优选地，所述聚焦件聚焦激光后出射激光与待焊接工件所在平面所呈锐角为15-55度。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种激光焊接方法，其包括如下步骤：将工件移动至指定的位置，采用上述的激光焊接装置对锡丝进行预热，继续加热融化锡丝以对工件进行焊接。
优选地，送锡机构传送锡丝速率为3-50mm/s。
优选地，在传送锡丝的过程中，加热锡丝使其熔融的同时还以10HZ-100HZ振动锡丝。
与现有技术相比，本发明激光焊接装置具有以下优点：
(1)在焊接前，通过在管壁开设与容置腔连通的缺口，使得在传送方向上先从缺口露出经激光预热后，再从端口送出，预热的锡丝可以在焊接过程中更快的熔融，以提高焊接效率。
(2)设置连通段的长度为所述预热段长度的0.8-1倍，以保证锡丝具有足够长度在激光照射区域，从而保证预热效果。
(3)通过带动送锡套针振动，可以高频振动锡丝，从而使锡丝熔融后快速滴落，以提高焊接效率。
(4)通过15-55度发的角度照射焊点可以避免垂直照射元件焊接处尖端，造成焊接处迅速氧化。也可以避免激光垂直烧蚀下面的元件；熔化的锡丝投送到焊接处时，避免垂直投送时锡液粘到元件焊接处尖端而不落到焊盘上，从而能够更快更有效地焊接。
与现有技术相比，本发明激光焊接方法具有以下优点：
(1)通过采用上述激光焊接装置对锡丝进行预先加热，能够精确地熔融锡丝，并精确地传送到焊接处，能够较大地提高焊接效率。
(2)通过在焊接过程中，以10HZ-100HZ振动锡丝，能有效避免锡丝粘接而造成的堵塞。同时振动能够促进熔融的锡液流动，形成更好的焊点，且能进一步提高焊接效率。
【附图说明】
图1是本发明激光焊接装置结构示意图。
图2是图1中送锡机构结构示意图。
图3是图1中A处结构放大示意图。
图4是图3中送锡针另一视角结构放大示意图。
图4A是图4中送锡针的第一套针的端口侧视结构放大示意图。
图4B是图4中送锡针的第一套针第一变形结构局部放大示意图。
图4C是图4中第一套针第二变形结构局部放大示意图。
图4D是图4中第一套针第三变形结构局部放大示意图。
图5是图2中提拉组件结构示意图。
图6是图2中振动组件结构示意图。
图7是图1中激光发生机构配合送锡针结构示意图。
图8是图1中另一视角激光发生机构配合送锡针对工件焊接示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种激光焊接装置1，用于对工件100表面进行焊接。所述激光焊接装置1包括激光发生机构10及送锡机构20。送锡机构20用于传送锡丝200，激光发生机构10发出激光3，并作用于送锡机构20传送的锡丝200，使锡丝200熔融后对工件100焊接处进行焊接。
请一并参阅图2、图3及图4，所述送锡机构20包括送锡套件21及提拉组件23。所述激光发生机构10与所述送锡套件21呈锐角设置，所述提拉组件23与送锡套件21连接可提拉送锡套件21以改变送锡套件21传送的锡丝200与激光发生机构10的相对位置。激光3经过激光发生机构10作用于送锡套件21送出的锡丝200，使锡丝200熔融用以对工件100焊接处进行焊接。
所述送锡套件21包括传送锡丝200的送锡针211及连接块213。所述送锡针211与提拉组件23通过所述连接块213进行连接。所述送锡针211为管状物，其包括管壁2114及两端面，所述两端面上分别开设与容置腔2115连通的端口2112。所述送锡针211分为第一套针2111及第二套针2113，所述第一套针2111套设在第二套针2113内，并可以沿所述第二套针2113的轴向方向滑动，所述轴向方向即为传送方向。所述第一套针2111及第二套针2113内部开设的容置腔2115连通，用于容置锡丝200。优选地，所述第一套针2111以及第二套针2113为圆筒形，即如图4及4A所示。所述容置腔2115为圆柱状，所述容置腔2115的直径l为第一套针2111直径L的0.55-0.8倍。
所述容置腔2115设置为圆柱状，可以使提拉组件23向下滑动时，对锡丝200进行拉直，避免激光3熔锡时，出现锡丝200受热不均匀，不能完全熔融成液体，导致焊接不均匀，影响焊接质量。
所述第一套针2111为直径大致一致的管状物，分为两端，其中一端容置在第二套针2113内，另外一端外露于第二套针2113。其中，第一套针2111两端端面上都开设与容置腔2115连通的端口2112，一端口2112靠近激光发生机构10并外露于第二套针2113，另一端面的端口2112套设于第二套针2113内。所述端口2112尺寸与容置腔2115的尺寸匹配。其中所述锡丝200从第一套针2111外露于第二套针2113的端口2112送出。
请一并参阅图4、图4B、图4C及图4D，所述管壁2114靠近激光发生机构10的一端开设一定长度的与容置腔2115连通的缺口。定义管壁2114上形成所述缺口的段为预热段2116，所述预热段2116包括支撑锡丝200的支撑部2117B、2117C及2117D。定义所述预热段2116与容置腔2115连通的部分为连通段2118B、2118C及2118D，所述连通段2118B、2118C及2118D的长度为支撑部2117B、2117C及2117D长度的0.8-1倍，以保证锡丝200具有足够长度在激光3照射区域，从而保证预热效果。同时由于设置容置腔2115的直径l为第一套针2111直径L的0.55-0.8，可以只需管壁2114切除径向深度大于第一套针2111直径L的0.1-0.225即可使锡丝200露出，因此设置所述支撑部2117B、2117C及2117D的管壁的外表面积大于等于相同长度d的未开设缺口的第一套针2111的管壁的外表面积的一半即可。通过设置缺口可以不仅在送锡针211端口2112露出锡丝200的端部201还可以在预热段2116露出一锡丝段202(参图4所示)，露出的锡丝段202的长度与该连通段2118B、2118C及2118D长度相当，并且使露出的锡丝段202位于激光3照射区域内，使锡丝段202在传送方向上先在缺口处预热后再融化后从端口2112处送出，并滴落对工件100焊接处进行焊接。所述预热段2216开口长度d占送锡针211长度D的0.01-0.1倍。设置所述管壁2114靠近激光发生机构10的一端开设一定长度的与容置腔2115连通的缺口，可以在送锡针211靠近激光3传送锡丝200时，激光3照射到送锡针211上，预先对裸露在预热段2216的锡丝段202加热，以使锡丝段202定位到焊接处时，能更快并更精确地熔融。同时激光3无法穿透预热段2116的支撑部2117B、2117C及2117D，因此可以利用该支撑部2117B、2117C及2117D遮住激光3，避免烧蚀焊接处附近的零件。
如图4B所示，优选地，所述预热段2116为半剖结构，所述缺口形成L型缺口端面。如图4C所示，优选地，所述预热段2116为从管壁2114斜向切开结构，所述缺口形成钝角形缺口端面。此种状态下，支撑部2117C的长度要长于连通段2118C的长度。如图4D所示，在另一些较优的实施例中，所述缺口与端口2112不连通，所述缺口形成倒门字型缺口端面。此时所述缺口靠近所述端口2112一端距离此端口2112的端面距离为2mm-6mm。通过设置缺口与端口2112不连通，可以保证在传送过程中，避免锡丝200因剧烈振动或提拉滑动而偏离激光轨迹。通过设置所述缺口靠近上述端口2112一端距离此端口2112的端面距离为2mm-6mm，可以保证锡丝段202穿过距离较小，其温度不会有较大的变化，以保证预热效果。
请参阅图5，所述提拉组件23包括第二驱动机231、第二摇臂233、连杆235、第二滑动件237及送锡固定件239。所述送锡固定件239使连杆235与送锡套件21滑动连接。所述第二驱动机231为第二滑动件237提供动力，以带动送锡针211滑动，从而传送锡丝200。所述第二滑动件237包括提拉固定件2371、第二滑杆2373、第二滑块2375及卡位2377。所述提拉固定件2371与所述卡位2377分别从在最大行程位置限定第二滑杆2373的继续滑动。所述第二滑块2375两端分别套设在第二滑杆2373及连杆235，并与连杆235固定连接。具体的，所述第二滑块2373相对的两端开设开口，内部开设容置槽，两端开口与容置槽连通，形成两滑槽，所述第二滑杆2373套设在两滑槽中并可沿其滑动。所述第二驱动机231驱动第二摇臂233，以带动第二滑杆2373滑动，从而带动送锡针211滑动传送锡丝200。通过控制提拉组件23提拉送锡针211的速率和频率，以使锡丝200露出不同长度，从而针对工件100大小不同的焊接处及焊接要求同时进行焊接。
请一并参阅图2及图6，在本发明一些较优的实施例中，所述送锡机构20还包括振动组件25。采用所述振动组件25高频振动，带动送锡针211振动，可以振动锡丝200，从而在锡丝200熔融后快速滴落，以提高焊接效率。同时高频振动锡丝200能够避免传送速率过快，发生堵锡。进一步高频振动还能够促进锡液流动，以形成较好的焊点。
所述振动组件25包括第三驱动机251、第三摇臂253、第三滑动件255及连接杆257。所述连接杆257一端固定连接连杆235，另一端与第三滑动件255连接。所述第三驱动机251驱动第三摇臂253，以带动第三滑动件255，从而控制与连杆235连接的送锡套件21高频振动。所述第三滑动件255包括第三滑块2551及第三滑杆2553，所述第三滑块2551两端分别连接第三摇臂253及连接杆257，并套设第三滑杆2553。所述第三滑块2551滑动连接第三滑杆2553。
可以理解地，除如上述所述提拉组件23及振动组件25外，还可以通过其他传动组件带动送锡机构20传送和/或振动锡丝200。
请参阅图7及图8，所述激光发生机构10包括聚焦件11、第一驱动机13、第一摇臂15、与第一摇臂15相连接的第一滑动件17及容置于聚焦件11内的激光器(图未示)。所述第一滑动件17与聚焦件11连接。所述第一驱动机13为第一摇臂15提供动力，从而驱动与第一摇臂15连接的第一滑动件17滑动，以带动聚焦件11沿箭头X所示轴向移动，从而调节激光3轨迹及照射范围。通过滑动件17能有效地将滑动传递至聚焦件11，并平稳地带动聚焦件11滑动，从而能够更准确更快速地送出锡丝200，提高焊接效率；并且能准确的控制锡丝200送出量，也即控制预热锡丝200量，保证焊接的可控性.
所述第一滑动件17包括第一滑块171及第一滑杆173。所述第一滑块171套设第一滑杆173，并与第一滑杆173活动连接。在一些较优的实施例中，所述第一滑块171与第一摇臂15活动连接，且与聚焦件11固定连接。从所述聚焦件11聚焦激光3后出射激光3与待焊接处工件100所在平面呈锐角，优选地，所述出射的激光3与焊接处工件100所在平面法向夹角为15-55度。
请参阅图8，所述送锡机构20传送出的锡丝200通过激光3焦点位置，或者保证锡丝200在激光3的轨迹上。以激光3以所述15-55度的角度照射焊接处可以避免激光3直接打到工件100焊接处尖端造成大的反射，烧蚀工件100焊接处附近元件。同时能避免垂直照射元件焊接处尖端，造成焊接处迅速氧化。也可以避免激光3垂直烧蚀下面的元件；熔化的锡丝200投送到焊接处时，避免垂直投送时锡液粘到元件焊接处尖端而不落到焊盘上；还可以减少焊接过程的挥发物污染镜片，较少清洗镜片频率。
优选地，所述激光发生机构10还包括固定座19，所述固定座19包括第一区段191及第二区段193，所述第一区段191与聚焦件11固定连接，所述第二区段193与第一滑块171固定连接。所述第一区段191为闭合筒形体或不闭合筒形体，并呈握持状，以部分容纳聚焦件11，所述第一区段191内径尺寸与聚焦件11外围尺寸相匹配。所述第二区段193呈板块状，沿第一区段191轴线方向设置。聚焦件11往往重量相对较大，且价格昂贵，采用第一区段191及第二区段193对聚焦件11进行双重固定，以使在滑动聚焦件11时提供稳定支撑，以使聚焦件11在使用过程中能够非常精准地熔融锡丝，并减少对聚焦件11的磨损，以延长其使用寿命。
控制提拉组件23带动送锡针211以滑动速率3-50mm/s移动，使锡丝200到达焊接处，同时聚焦件11迅速移动至熔锡位置。此时，第一套针2111尽量靠近激光3轨迹，从而保证熔锡时锡丝200不会偏离激光3轨迹。因第一套针2111靠近激光3轨迹，且锡丝200提前预热，可以做到非常精确且稳定地熔锡，且能将熔融的锡液投送至精确的位置。继续传送锡丝200，同时控制振动组件25以10HZ-100HZ带动送锡针211振动，从而使熔化的锡液更快速且准确地投送至焊接处。在持续送锡的同时，第一套针2111向后退出0.05mm-3mm，避免太靠近焊接处造成第一套针2111温度过高，而使锡液粘黏。完成焊接后，聚焦件11及送锡套件20离开焊接处，同时第一套针2111向上滑动8mm-12mm，使锡丝200露出第一套针2111端口21128mm-12mm，避免热的端口2112和热的锡丝200发生粘黏。
本发明第二实施例提供一种激光焊接方法，其包括将工件100移动至指定的位置，采用上述的激光焊接装置1对锡丝200进行预热，继续加热融化锡丝200以对工件100进行焊接；其具体工艺流程如下：
步骤S1，将工件100移动至指定的位置。将工件100移动至工作台面，使焊接处位于激光焊接装置1下方。
步骤S2，采用上述的激光焊接装置1对锡丝200进行预热。调节聚焦件11的位置和角度，使聚焦件11斜向照射工件的焊接处，并调节聚焦件11的出光口距离焊接处0mm-5mm，且第一套针2111的端口2112距离激光3轨迹0mm-1mm。所述聚焦件11与工件焊接处所在平面法向夹角为15-55度。采用提拉组件23控制第一套针2111向上滑动，使锡丝露出，激光3对送出端口2112开口处的锡丝进行预热，并控制第一套针2111滑动速率即锡丝预热速率为3-50mm/s，并调节第一套针2111向后退出0.05mm-3mm，避免太靠近焊接处造成第一套针2111温度过高，而使锡液粘黏。同时控制振动组件25带动送锡针211以10HZ-100HZ振动。优选地，所述振动频率为30HZ-80HZ。
步骤S3，继续加热融化锡丝200以对工件100进行焊接。
及步骤S4，关闭激光3，焊接完成；具体为：关闭激光3，第一套针2111向上滑动8mm-12mm，使锡丝200露出第一套针2111端口2112长度8mm-12mm，避免热的端口2112和热的锡丝200发生粘黏。
与现有技术相比，本发明激光焊接装置具有以下优点：
(1)在焊接前，通过在管壁开设与容置腔连通的缺口，使得在传送方向上先从缺口露出经激光预热后，再从端口送出，预热的锡丝可以在焊接过程中更快的熔融，以提高焊接效率。
(2)设置连通段的长度为所述预热段长度的0.8-1倍，以保证锡丝具有足够长度在激光照射区域，从而保证预热效果。
(3)通过带动送锡套针振动，可以高频振动锡丝，从而使锡丝熔融后快速滴落，以提高焊接效率。
(4)通过15-55度发的角度照射焊点可以避免垂直照射元件焊接处尖端，造成焊接处迅速氧化。也可以避免激光垂直烧蚀下面的元件；熔化的锡丝投送到焊接处时，避免垂直投送时锡液粘到元件焊接处尖端而不落到焊盘上，从而能够更快更有效地焊接。
与现有技术相比，本发明激光焊接方法具有以下优点：
(1)通过采用上述激光焊接装置对锡丝进行预先加热，能够精确地熔融锡丝，并精确地传送到焊接处，能够较大地提高焊接效率。
(2)通过在焊接过程中，以10HZ-100HZ振动锡丝，能有效避免锡丝粘接而造成的堵塞。同时振动能够促进熔融的锡液流动，形成更好的焊点，且能进一步提高焊接效率。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊接装置，用于对工件表面进行焊接，其特征在于：其包括激光发生机构及送锡机构，所述送锡机构包括传送锡丝的送锡针；所述送锡针为具有容置腔的管状物，其包括围设容置腔的管壁以及两端面，两端面上分别开设与容置腔连通的端口，所述管壁上开设与容置腔连通的缺口使锡丝在传送方向上先从缺口露出后从端口送出；所述激光发生机构用于产生激光作用于送锡针传送的锡丝使锡丝先在缺口处预热后再从端口处送出。
2.如权利要求1中所述的激光焊接装置，其特征在于：定义所述缺口所在段为预热段，定义缺口与容置腔连通的部分为连通段，所述连通段的长度为所述预热段长度的0.8-1倍。
3.如权利要求2中所述的激光焊接装置，其特征在于：所述送锡针包括直径大致一致圆筒形的第一套针，第一套针上开设所述缺口，预热段包括支撑锡丝的支撑部，所述支撑部的管壁的外表面积大于等于相同长度的未开设缺口的第一套针的管壁的外表面积的一半。
4.如权利要求2中所述的激光焊接装置，其特征在于：所述缺口与所述端口不连通，缺口靠近端口一端距离此端口的端面2mm-6mm。
5.如权利要求1-4任一项所述的激光焊接装置，其特征在于：所述送锡机构还包括振动组件，所述振动组件带动送锡针振动。
6.如权利要求1-4任一项所述的激光焊接装置，其特征在于：所述激光发生机构包括聚焦件，所述聚焦件聚焦激光后出射激光与待焊接工件所在平面呈锐角。
7.如权利要求6中所述的激光焊接装置，其特征在于：所述聚焦件聚焦激光后出射激光与待焊接工件所在平面所呈锐角为15-55度。
8.一种激光焊接方法，其特征在于：其包括将工件移动至指定的位置，采用如权利要求1-4或7任一项所述的激光焊接装置对锡丝进行预热，继续加热融化锡丝以对工件进行焊接。
9.如权利要求8中所述的激光焊接方法，其特征在于：送锡机构传送锡丝速率为3-50mm/s。
10.如权利要求9中所述的激光焊接方法，其特征在于：在传送锡丝的过程中，加热锡丝使其熔融的同时还以10HZ-100HZ振动锡丝。
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