CN107848069B - 激光处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光处理的装置和方法。提供了来自连接到至少一个第一激光设备（6）的至少一个第一光馈送纤维的至少一个第一激光光束和来自连接到至少一个第二激光设备（7）的至少一个第二光馈送纤维（9）的至少一个第二激光光束。所述第一和第二激光光束被组合到多芯光纤（12、50）中。所述多芯光纤的所述第一芯（51）具有圆形横截面，并且所述第二芯（53）具有与所述第一芯同心的环形形状。包括第一和第二输出光束的复合激光光束被从所述多芯光纤（12、50）指引到具有要被焊接的重叠元件（4a、4b）的工件。

Description

激光处理装置和方法

技术领域

本发明涉及激光处理装置和方法。特别地，本发明关系到通过激光处理的材料的焊接。

背景技术

当利用激光光束来焊接金属时，该激光光束通常通过聚光器透镜被聚光成100-500μm的光斑以增加能量密度并且瞬时将工件加热到1500度或更高的金属熔点，以便使工件熔化。同时，可馈送辅助气体来防止熔融金属的氧化。与来自CO₂激光器的十微米波段的激光光束相比，来自固态激光器或纤维激光器的一微米波段的激光光束实现对金属工作物的非常高光学能量强度和吸收率。然而，如果具有高斯光束的一微米波段的激光光束与氧气辅助气体一起用来切割软钢片工件，则工件顶面上的熔化宽度不必要地使切口控制加宽并削弱了切口控制。此外，可能发生自燃烧，使激光切割的质量变差。

提供可以被描述为具有环形或类似“甜甜圈”形状的强度轮廓的成环状的激光光束的使用被称为激光处理。已经观察到，当使用甜甜圈光束而不是更常规的光束轮廓时可以以更低得多的功率来执行给定厚度的金属的切割，并且就切割速度和质量来说可产生良好的结果。

US8781269公开了将激光光束指引到多包层纤维以生成输出激光光束的不同光束轮廓特性的各种布置，其中输入激光光束被可选地耦合至内部纤维芯或外部环状芯中。

这样的材料处理应用力图最大化激光光束的亮度。亮度被定义为每单位立体角以及每面积的功率。作为亮度重要性的一个示例，提高激光束的亮度意味着激光光束可以被用来提高处理速度或材料厚度。可以从例如纤维激光器和薄盘激光器来获得高亮度激光光束。直接二极管激光器也不断地在亮度方面进行改进，但是用于材料处理的商品化的直接二极管激光器还没有完全达到纤维或薄盘激光器的亮度。

根据现有技术执行的激光处理在图1a和1b中图示的焊接重叠涂层板中具有一些重要的缺点。参考图1a，如果在板1a、1b之间不存在间隙，则激光光束2促使各板之间的涂层材料蒸发并且压力促使各板彼此分开。如果在板1a、1b之间存在太大间隙，则顶板1a可能烧穿。如图1b中所图示，如果通过例如夹具迫使各板在一起，则蒸发的涂层材料通过焊接缝吹出且在顶板上造成杂质，并且可能需要昂贵且耗时的净化过程。

因此，存在对用于改进重叠板的激光焊接的改进方法和设备的需要。

发明内容

在所附权利要求中限定具体解决方案以及其实施例。

根据本发明的一个方面，一种激光处理装置包括：

-至少一个第一激光设备，每一个都提供具有第一激光光束的至少一个第一光馈送纤维；

-至少一个第二激光设备，每一个都提供具有第二激光光束的至少一个第二光馈送纤维；

-连接至所述第一和第二馈送纤维和多芯光纤的光束组合装置，该组合装置被适配成通过使所述至少一个光馈送纤维与所述多芯光纤的第一芯对准并且使所述至少一个第二光馈送纤维与所述多芯光纤的至少一个第二芯对准来形成复合激光光束，其中所述多芯光纤的所述第一芯具有圆形横截面，并且所述第二芯具有与所述第一芯同心的环形形状；以及

-所述第一和第二芯被适配成在激光处理头处，以便将包括第一和第二输出激光光束的复合激光光束指引到具有要被焊接的重叠元件的工件。

根据本发明的另一方面，提供一种用于利用激光光束来处理工件的方法，该方法包括：

-从连接到至少一个第一激光设备的至少一个第一光馈送纤维提供至少一个第一激光光束；

-从连接到至少一个第二激光设备的至少一个第二光馈送纤维提供至少一个第二激光光束；

-通过使所述至少一个第一光馈送纤维与所述多芯光纤的第一芯对准并且使所述至少一个第二光馈送纤维与所述多芯光纤的第二芯对准来将所述第一和第二激光光束组合到多芯光纤中，其中所述多芯光纤的所述第一芯具有圆形横截面，并且所述第二芯具有与所述第一芯同心的环形形状，以及

-将包括来自所述多芯光纤的第一和第二输出光束的复合激光光束指引到具有要被焊接的重叠元件的工件。

根据该方法和装置的一些实施例，该工件包括第一板和第二板，该复合激光光束被指引到第一板，由此来自所述第一芯的第一输出激光光束引起通过第一板到达第二板的开口并且来自所述第二芯的第二输出激光光束基本引起各板的焊接。

根据一些其他实施例，该板是涂层板（诸如钢板），并且第一输出激光光束引起用于释放通过蒸发第二板的涂层而造成的压力的开口。

根据本发明的一些实施例，可借助于功能上连接至所述第一和/或第二激光设备的控制单元来单独地控制所述第一和第二输出光束中的功率密度。

根据本发明的一些实施例，使被适配成引导第一激光光束的第一光馈送纤维的中心与所述多芯光纤的所述第一芯的中心对准，并且使被适配成引导一个第二激光光束的至少一个第二光馈送纤维的中心在所述多芯光纤的所述第二环形芯的内直径和外直径之间对准。

根据本发明的一些实施例，在连续焊接的情况下所述第一输出光束处于低水平或者将所述第一输出光束设置成低水平。

根据本发明的另一方面，具有创造性的装置被用于重叠元件的激光焊接。

接下来，参考附图更详细地描述本发明的实施例。

附图说明

在下文中，参考附图详细描述本发明，在附图中：

图1a和1b图示重叠板的常规激光焊接；

图2示出根据本发明的实施例的应用激光焊接的实施例；

图3示出根据本发明的实施例的激光处理装置；

图4以横截面示出根据本发明的实施例的复合激光光束；

图5示出根据本发明的实施例的耦合装置的接收端的横截面；

图6图示根据一个实施例的在耦合件的输出端处的折射率轮廓；以及

图7示意性地示出根据一个实施例的光学部件。

具体实施方式

在元件彼此叠在顶上并且各元件之间不具有或具有非常小间隙的各种应用中，需要通过经过各元件之一应用激光光束来焊接在一起以在各元件之间形成焊接。根据本发明的一个方面，现在可通过一种方法和装置来改进彼此叠在顶上的元件的激光焊接，在该方法和装置中形成具有基本圆形横截面的第一激光输出光束和具有与所述第一激光光束同心的基本环形形状的第二激光输出光束。该第一输出激光光束可因此被称为圆形或中心光束，并且该第二输出激光光束被称为环形或环状光束。该第一输出激光光束和第二激光输出光束被指引到具有要被焊接的重叠元件的工件。该第一输出激光光束引起用于释放在各元件之间造成的压力的开口，并且第二输出激光光束主要引起焊接并使开口平滑。因此，当将输出激光光束指引到第一板（诸如涂层不锈钢板）时，该第一输出激光光束引起通过第一板到达第二板的圆形开口，并且第二输出激光光束引起各板的焊接。

图2示出根据本发明的一个实施例的图示激光焊接的示意性横截面。工件3包括第一涂层板3a和第二涂层板3b，诸如铝涂层或锌涂层钢板。中心光束4引起用于使由第二板3b的蒸发涂层引起的压力逸出的开口，并且环状光束5基本引起各板的焊接并使开口平滑。由光束造成的热量经由第一板传导并熔化用于形成焊接的环状光束的内部的区域。

存在可通过将目前公开的中心光束4和环状光束5的组合应用于焊接重叠元件可实现的各种优点。在板3a、3b之间造成（通常由涂层材料造成）的压力可通过由中心光束引起的开口来释放，当激光器移动到随后焊接位置时该中心光束被关闭。上层涂层材料可在不引起焊缝之外的飞溅的情况下融合该缝。因此可避免迫使各板在一起的其他装置以及去除飞溅的附加净化过程。

根据一个实施例，不管其他光束的状态如何，可单独地控制所述第一和/或第二输出激光光束中的功率密度。实施例可被应用于光斑焊接以及连续焊接应用。在连续焊接的情况下，环状光束5在激光处理头的移动方向上的前边缘引起第一强度峰值并且环状光束5的后边缘引起第二强度峰值。因此，元件是按阶段来加热的，并且与用以引起足够熔化的单个光斑光束相比，后边缘和前边缘的强度水平可以更低。除了预加热之外，前边缘还提供污染物消融。这使得能够避免急剧的温度变化并避免或至少降低随后的回火以及因此由急剧的温度变化造成的较弱区域。环状光束在连续焊接中的使用还有利于避免飞溅。在一个实施例中，中心光束4的功率密度可被设置为低或者中心光束可被完全关闭。因此，可避免过热。

可通过将来自初始激光设备和多芯光纤中的馈送纤维的激光光束组合来生成中心光束4和环状光束5的混合，可将结果得到的具有中心光束4和环状光束5的复合激光光束从多芯光纤指引到工件3。第一光馈送纤维可与多芯光纤的第一芯对准，并且第二光馈送纤维可与所述多芯光纤的第二芯对准。所述多芯光纤的第一芯具有圆形横截面，并且第二芯具有与所述第一芯同心的环形形状。下面说明其他示例实施例。

在一些实施例中，与导热焊接结合来应用锁洞激光焊接以便通过应用中心和环状激光光束来焊接彼此叠在顶上的元件。当材料需要以较高的厚度与宽度纵横比接合时通常使用激光锁洞焊接。具有高强度的激光光束将材料加热到高于蒸发温度，从而在熔化金属的前边缘处产生被称为锁洞的深毛细管。随着热源进行，熔化金属在后面填充该洞以形成焊珠。在锁洞焊接过程期间惰性气体屏蔽该过程并保护其免受不想要的氧化。通过发射具有非常高脉冲强度的单个脉冲，还可以实现光斑焊接，诸如在电子行业中所使用的。

导热焊接可适用于通常高达近似2mm的材料厚度的金属片。聚焦在焊缝上的激光光束加热材料并且该热量迅速传导通过该金属片促使其熔化并接合在一起。聚焦光学器件沿着焊缝移动，同时它将激光光束聚焦到样本，从而留下高质量的焊接。对于传导焊接，可使用具有较低亮度的激光器，比如直接二极管激光器。

通过能够传导焊接或切割的二极管激光器处理的金属片撞击金属的相对浅但宽的光斑。典型地，这种种类的二极管激光器具有2kW的额定功率和远低于0.1 MW/cm²的功率密度。光斑的最大深度（以及切割能力）通常是2mm。典型的锁洞图样是由高亮度激光器（诸如纤维激光器）造成的。对可以利用此类激光器切割多厚的金属片没有实际限制，但是这当然取决于激光光束强度和处理速度，即激光光束移动越过金属表面移动时具有的速度。纤维激光器可具有高达1-10kW或更大的额定功率，以及若干MW/cm²的功率密度。例如，锁洞的直径可以在小于1毫米（例如0.1毫米）的区域内，并且光斑2的直径可以在几毫米（诸如3毫米）的区域内。

当将纯锁洞焊缝与通过圆形和环形激光光束应用的混合焊缝进行比较时，已经指出在使用相同处理速度的情况下混合焊缝穿透比纯锁洞焊缝的穿透至少深20%。归因于具有创造性的混合焊接的恰好的性质，焊缝也当然更宽。针对混合焊缝的维氏硬度（HV）值也比针对锁洞焊缝的更低，从而指示混合焊缝中较小的强化效应。从这些示例已经可以看出，组合锁洞和传导激光处理的效应是相当大的。

图3示出具有创造性的装置的一个实施例。利用光纤8将高亮度纤维激光器6连接到激光光束组合器11。同样地，利用纤维9将一个或若干个固态或二极管激光器7连接到光束组合器11。通常，单个激光光束组合器是本领域中已知的。在这种情况下，组合器的任务是布置所有传入的激光光束以使得它们可以被耦合至双芯光纤12。因此，激光器的混合性质是使两个激光光束在单个双芯光纤12内部进行传播的结果。纤维12内部的两个激光光束通常具有不同的亮度和强度轮廓，并且甚至可具有不同的波长。此外，可通过调整来自纤维激光器6以及固态或二极管激光器7的功率级来独立地且连续地控制两个激光光束中的功率级。

为了实现光束的足够亮度，高亮度纤维激光器6可包括二极管泵浦的单个或多个纤维激光器谐振器或主振荡强力放大器（MOPA）模块，例如每个都包括耦合至纤维谐振器的纤维耦合的二极管激光器。高亮度激光器的其他示例是纤维耦合的薄盘激光器或Nd-YAG激光器，它们是用来自二极管激光器的光泵浦的。现代激光器技术经常依赖于作为能量传递介质的光，因为许多有源固态光放大材料是绝缘体。因为其较高的效率和较窄的光谱，二极管激光器已经代替了先前使用的闪光灯。

激光器7典型地是纤维耦合激光器，其还可包括通过二极管激光器泵浦的固态激光器谐振器，例如薄盘激光器谐振器（未示出）。双芯光纤12在其中心芯中载送来自纤维激光器6的激光光束并且在外部芯中载送由一个或多个第二激光器谐振器7生成的光束，该外部芯被布置成以距中心芯一定距离环形围绕中心芯，见图5。明显地，并且在本发明的一个实施例中，第一和第二激光器二者可以是纤维激光器，每一个都具有可独立控制的功率级。一些激光器是通过构造并固有地将光馈送至光纤中的纤维激光器，而其他需要与纤维光学地接合以便使激光光束与输出纤维的芯对准。因此，在一些实施例中，激光器6和7二者可以是纤维激光器，在其他实施例中纤维以及固态或二极管激光器的任何组合、或这二者可以是二极管激光器。激光装置的用途以及各个激光器模块的额定功率确定哪种种类的激光器易于被连接到光束组合器11。

在双芯光纤的相对端处将其连接至激光处理头13，该激光处理头13将组合的或复合激光光束16向前引导到工件14。该激光处理头13通常包括准直和聚焦透镜（未示出）以便在具有如由透镜的焦距确定的期望尺寸的工件14上产生从纤维12的端部出现的强度轮廓的图像。激光头13的任务还可以是向焊缝提供屏蔽气体，或向切割线提供压缩气体射流。压缩气体还保护激光头13内的光学器件免于喷出熔化金属，并且还从切割线去除它以帮助保持清洁。

在本发明的一个实施例中，提供具有控制单元10的装置。该控制单元还可被集成在激光器单元6或7中的一个中。备选地，为了方便和可靠性，所有单元6、7和10可被放在单个外壳中并且在它们的构造中彼此集成。该控制单元可被用来执行环状和中心光束轮廓的功率控制，并且实现可动态调整的环状-中心光束，其可以在应用需要时在运行中被调整。该控制单元可被配置成控制激光器单元6、7中的至少一个的调制。优选地，可单独动态地控制这两个激光光束的调制。因此，通过同一装置使得各种各样的不同焊接应用和目的变得可能。光束轮廓可被动态调整成适合于各种具有挑战性的焊接类型/应用的需求，诸如不同材料、涂层和/或厚度。

控制单元10可从激光头13的用户接收反馈15，或者例如从光强度传感器自动反馈。反馈或输入然后被用于控制激光器6和7的功率以跟随预定目标，或者根据在工件14处观察到的结果所得的焊接或切割结果来调整激光功率。在一个实施例中，当选择连续焊接时，控制单元可设置用于通过环状光束5进行焊接的适当参数并且靠近中心光束4或将其设置在低水平处。控制单元10或另一控制单元也可控制焊接装置的其他功能，诸如激光处理头13的移动。

控制单元10可包括例如通用计算机。此类计算机可被提供有用于基于给定输入参数和所接收的反馈15来控制激光器6和7的适当软件。备选地，该控制单元可包括微控制器，诸如瑞萨RL78或东芝TLCS-870微控制器或类似物。该控制单元可包括或被连接到至少一个存储器。该存储器可包括影响该装置的操作的各种参数，诸如限定不同中心和/或环状光束轮廓以及由此可由操作员调整的不同焊接轮廓的参数集。存储器可存储计算机程序代码，该至少一个存储器和计算机程序代码被配置成根据各种实施例利用至少一个处理内核来控制焊接装置操作以及中心和环状光束生成。

根据本发明，光束组合器11由熔融石英部件制成，在这种情况下光功率在熔融石英内部传播通过整个组合器结构，并且组合器在输入端和输出端处具有光纤。因此，在本发明中，光束组合器11可被称为全玻璃纤维组合器。

在图4中示出从激光处理头出现到达工件14的复合激光光束40的结构。环形外部环状光束42载送由激光设备7提供的激光功率。相应地，内部中心光束41载送由纤维激光器设备6提供的激光功率，并且归因于其较高亮度将在工件中引起锁洞图样。在各光束之间的是环形形状区43，其仅提供杂散辐射或者根本不提供激光辐射。

在图5中示出具有中心芯51的示例双芯光纤50的横截面，该中心芯51具有主包层54。外部芯53在空间上由内部包层54和外部包层55形成。如对熟悉本领域的任何人员来说清楚的是，包层被限定为具有比芯的折射率更低的折射率的材料。例如，中心芯51的直径可以是70μm，并且内外部芯53的内直径和外直径可以分别是100μm和180μm。中心芯和周边芯51和53还可采用不同于上文描述的形式的其他形式。例如中心芯51可具有正方形或矩形形状。周边芯53还可具有矩形边界或者包括线性或圆形形状的多个区段。

利用虚线示出来自光束组合器的熔融馈送纤维56和57（在图7中纤维72和71）的端部的芯可如何与双芯光纤50的横截面对准。

双芯光纤50的中心芯51中的激光辐射具有中心且窄的空间强度轮廓，而外部芯53的强度分布采用甜甜圈的形状。利用激光头13中的处理光学器件将该空间强度图样进一步成像在工件上。利用该配置，激光光束的光束质量在中心芯和外部芯二者中都相对较高。然而，归因于形状和横截面区域中的差别，内部芯可以产生比外部芯更好的光束质量，并且因此较好地以切割薄材料和工件或者在厚材料的切割中进行冲孔为目标。对于较厚的材料，归因于外部芯的类似环状的强度分布，组合处理速度以及焊缝或切割表面的清洁度在重要性上超过由外部芯产生的略低光束质量的缺点。通过调整初始激光源的功率可单独地并根据工件的要求来调节内部芯和外部芯的功率强度。

现在参考图6，示出光学双芯纤维50的示例性折射率轮廓。芯51和53分别具有比环绕材料54和55的折射率n₅₄和n₅₅更高的折射率n₅₁和n₅₃。按照这种方式，与图4相比较，各芯中的每一个中的光功率和强度的衰减和环形强度轮廓中的最小可能退化将激光光束引导至工件。

可通过利用杂质掺杂熔融石英来调整该熔融石英的折射率。用锗掺杂熔融石英导致折射率的增加，而用氟掺杂熔融石英导致折射率的降低。因此，例如，芯51和53可由锗掺杂的或非掺杂的熔融石英制成，并且它们的主包层54和55由氟掺杂的熔融石英制成。

在图7中示出纤维组合器11的关键光学部件70。它是具有包括以下各项的主体部分的多孔毛细管：熔融石英玻璃管77、用于接收由来自至少两个激光设备的光馈送纤维71和72（例如来自设备6和7的纤维8和9）载送的激光光束（未示出）的输入端76。其还具有用于递送包括在相同方向上彼此对准的至少两个激光光束的复合输出激光光束的相对输出端74。

在输入端76处进入的光馈送纤维71、72延伸通过毛细管孔中的所述主体部分到达所述输出端74，并且利用玻璃管77对其进行熔融以形成包括光引导芯71a、72a以及环绕玻璃材料的部件。该芯具有比在芯周围的环绕玻璃材料的折射率更高的折射率以提供芯中的光功率借助于全内反射通过整个部件的传播。

为了示出纤维组合器的原理，芯的尺寸和部件70的尺寸没有按照比例来绘制，并且为了清楚起见，仅利用虚线示出了各芯的耦合。

可通过例如绘图来制造光学部件70。在该示例中，可能存在在中心直径约300μm的用于纤维的较大孔72以及关于中心孔72对称且在中心孔72周边放置的用于纤维的四个较小孔71。例如，该较小孔可具有约150μm的直径。毛细管的外侧直径可以是1mm。例如，该管的材料可以是熔融石英。其块状玻璃（未示出）的外部包层优选地已经至少部分被蚀刻掉的纤维被插入到中间孔中并且被推动通过毛细管椎体的腰部73。当纤维放在适当位置时，在腰部区段73处加热毛细管70以将纤维熔融到管并形成第一中心光引导芯72a和第二光引导芯71a，它们都延伸通过光学部件70。

作为备选纤维71、72可具有纯熔融石英材料的内部芯和氟掺杂石英的外部包层。以这种方式，光学部件70的熔融石英玻璃管77可由纯熔融石英来制造，因为纤维的光引导芯固有地被具有较低折射率的材料包围。这意味着光仍在芯71a、72a中，即使毛细管的折射率与纤维芯中的折射率相同。在这种情况下，可将块状玻璃的外部纤维包层蚀刻掉只剩下氟掺杂包层，或者甚至进一步地只要一些氟掺杂包层仍在纯或锗掺杂的内部纤维芯周围。

然后将熔融芯71a、72a（利用虚线示出）和管70切掉或割开以产生端部表面74。类似于图3中示出的那个的双芯纤维12然后可在端部74处被焊接到毛细管，从而产生焊缝75。

在优选实施例中，第一光馈送纤维72的中心与部件70的中心对准，并且例如四个第二光馈送纤维71的中心被定位成在输出端74处在距第一中心光引导芯72a预定距离R处提供输出光束。要认识到，第二馈送纤维的数目不被如此限制，而是用例如8、16或32个来代替4个。第二光引导芯71a优选地被成关于中心芯72a对称地布置，以便提供彼此之间具有90°的角距离的输出光束。

已经测试用于通过环状和中心激光光束来焊接重叠元件的上述实施例具有良好的结果。例如，已经示出通过使用4kAW的环形光束和1kW的中心光束来提供在各元件之间没有间隙并且基本上没有速度甚至超过每分钟5米的涂层飞溅的焊接。元件的宽度可改变并且相应地适配参数。例如，可通过目前公开的方法和装置来焊接宽度从0.1mm到10mm的涂层钢板，然而，这取决于激光器类型以及其性质。可通过本解决方案处理和焊接的其他材料包括铝、铜。而且重叠的不同材料可被焊接在一起。例如，已经测试钢和铜的焊接具有良好结果。作为另一示例，各元件中的仅一个可被涂覆并且另一个不被涂覆。填充金属丝可与环状光束一起熔化。

目前公开的激光焊接方法和装置可被应用于各种各样的应用中。在其中存在在组装过程期间需要执行不同特性的不同焊接（诸如焊接不同材料）、其中现在可通过改变所施加的参数来由单个焊接装置执行焊接的应用中实现特定优点。作为一个示例，在自动化工业中，相同的焊接装置可被用来通过单个焊接装置（和线）来焊接铝和不锈钢框架。

要理解，所公开的本发明的实施例不限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是被扩展到如相关领域的普通技术人员将会认识到的其等同物。还应该理解，本文所采用的术语被用于仅描述特定实施例的目的并且不意在进行限制。

遍及本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在遍及本说明书的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定所有都指代相同实施例。

可在这里参考本发明的各种实施例和示例连同其各种部件的备选。要理解，此类实施例、示例和备选不被解释为彼此的实际上的等同物，而是要被解释为本发明的单独的和自主的表示。

此外，可在一个或多个实施例中以任何适当的方式来组合所述特征、结构或特性。在该描述中，提供各种具体细节（诸如长度、宽度、形状等等的示例）来提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，可以在没有各具体细节中的一个或多个的情况下或者利用其他方法、部件、材料等等来实践本发明。在其他实例中，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免使本发明的各方面模糊。

尽管前述示例是本发明的原理在一个或多个特定应用中的说明，但是对本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在没有运用创造性能力的情况下并且在不偏离本发明的原理和概念的情况下在实施方式的形式、使用和细节上做出许多修改。因此，不意图使本发明受到除了如由下面阐述的权利要求之外的限制。

Claims (15)

1.一种激光处理装置，包括：

-至少一个第一激光设备（6），每一个都提供具有第一激光光束的至少一个第一光馈送纤维（8）；

-至少一个第二激光设备（7），每一个都提供具有第二激光光束的至少一个第二光馈送纤维（9）；

-连接至所述第一和第二馈送纤维和多芯光纤（12、50）的光束组合装置（11），该组合装置被适配成通过使所述至少一个第一光馈送纤维（72、56）与所述多芯光纤（50）的第一芯（51）对准并且使所述至少一个第二光馈送纤维（71、57）与所述多芯光纤（50）的至少一个第二芯（53）对准来形成复合激光光束（16），其中所述多芯光纤的所述第一芯（51）具有圆形横截面，并且所述第二芯（53）具有与所述第一芯（51）同心的环形形状；以及

-所述第一和第二芯被适配在激光处理头（13）处，以便将包括第一和第二输出激光光束（41、42）的所述复合激光光束（16、40）指引到具有要被焊接的重叠元件（3a、3b）的工件，其中所述重叠元件（3a、3b）中的至少一个被涂覆，该第一输出激光光束适用于引起用于释放由蒸发涂覆引起的压力的开口，并且该第二输出激光光束适用于引起各板的焊接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述重叠元件是涂层钢板（3a、3b）。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中被适配成引导第一激光光束的第一光馈送纤维（72、56）的中心与所述多芯光纤（50）的所述第一芯（51）的中心对准，并且被适配成引导第二激光光束的至少一个第二光馈送纤维（71、57）的中心在所述多芯光纤（50）的所述第二芯（53）的内直径和外直径之间被对准。

4.根据权利要求3所述的装置，其中该第二光馈送纤维（71、57）是四个、八个或十六个，并且与所述多芯光纤的所述第二芯（53）的横截面对称接合。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个第一激光设备（6）是纤维激光器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中该装置包括功能上连接至所述第一和/或第二激光设备（6、7）的控制单元（10），以便单独地控制所述第一和/或第二输出激光光束中的功率密度。

7.根据权利要求6所述的装置，其中在连续焊接的情况下该控制单元被布置成将所述第一输出光束的功率密度设置到零或低水平。

8.一种用于利用激光光束来处理工件的方法，其包括：

-从连接到至少一个第一激光设备（6）的至少一个第一光馈送纤维（8）提供至少一个第一激光光束；

-从连接到至少一个第二激光设备（7）的至少一个第二光馈送纤维（9）提供至少一个第二激光光束；

-通过使所述至少一个第一光馈送纤维与多芯光纤（12、50）的第一芯（51）对准并且使所述至少一个第二光馈送纤维与所述多芯光纤的第二芯（53）对准来将所述第一和第二激光光束组合在所述多芯光纤中；其中所述多芯光纤的所述第一芯（51）具有圆形横截面，并且所述第二芯（53）具有与所述第一芯同心的环形形状，以及

-将包括来自所述多芯光纤（12、50）的第一和第二输出光束的复合激光光束指引到具有要被焊接的重叠元件（3a 、3b ）的工件，其中所述重叠元件（3a、3b）中的至少一个被涂覆，该第一输出激光光束适用于引起用于释放由蒸发涂覆引起的压力的开口，并且该第二输出激光光束适用于引起各板的焊接。

9.根据权利要求8所述的方法，其中借助于功能上连接至所述第一和/或第二激光设备（6、7）的控制单元（10）来单独地控制所述第一和第二输出光束中的功率密度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该方法被应用于连续焊接，由此移动该复合激光光束以用于连续焊接并且所述第一输出光束的功率密度被设置到零或低水平。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其中该工件包括第一板（3a）和第二板（3b），该复合激光光束被指引到第一板，由此来自所述第一芯（51）的第一输出激光光束引起通过第一板到达第二板的该开口并且来自所述第二芯（53）的第二输出激光光束引起各板的焊接。

12.根据权利要求11所述的方法，其中该板（3a、3b）是涂层钢板。

13.根据权利要求8所述的方法，包括：

-使所述第一光馈送纤维（72、56）的中心与在所述多芯光纤（12、50）的横截面中心的所述第一芯（51）的中心对准；

-使所述第二光馈送纤维（71、57）的中心在与所述第一芯（51）同心的所述第二芯（53）的内部直径和外部直径之间对准。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个第一激光设备（6）是纤维激光器。

15.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置用于重叠元件（3a、3b）的激光焊接的应用，其中所述重叠元件（3a、3b）中的至少一个被涂覆。