CN109014570A - 一种用于紫铜的激光焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于紫铜的激光焊接方法及装置，涉及激光焊接领域。所述方法包括：将待焊接的紫铜工件贴合叠放在一起；确定焊接的焦点平面，调节激光的焦点至焊接的焦点平面上，其中，所述调节激光的焦点包括调节绿激光的焦点和调节近红外激光的焦点；控制所述绿激光根据预设焊接轨迹熔融所述紫铜工件，并控制所述近红外激光根据预设焊接轨迹对熔融部分进行焊接；所述装置包括用于熔融紫铜工件的绿光激光器和用于对熔融紫铜进行深熔焊接的近红外激光器；本发明通过采用绿激光和近红外激光结合的方式来对紫铜工件进行焊接，从而避免了单一采用近红外激光加工时容易产生飞溅的情况，实现了高质量的紫铜焊接。

Description

一种用于紫铜的激光焊接方法及装置

技术领域

本发明属于激光焊接领域，尤其涉及一种用于紫铜的激光焊接方法及装置。

背景技术

在工业上，由于对紫铜连接的需求量越来越大，需要在技术上对紫铜进行焊接，传统的焊接，如气焊、手工电弧焊、TIG(Tungsten Inert Gas Welding，非熔化极惰性气体钨极保护焊)焊接等，由于热量集中程度不够高，存在预热温度高的问题；电子束焊则存在造价昂贵，焊接条件苛刻而难以得到推广的问题。

基于激光的优越特性，运用激光作为焊接热源现在也越来越普遍，现有对紫铜进行激光焊接一般采用单一形式的激光进行焊接，比如只采用近红外激光实现焊接，由于在焊接过程中，紫铜对近红外激光的反射率过高，焊接过程中，容易产生飞溅，而使得对操作人员和机器产生损害，同时，造成焊接过程不稳定。

发明内容

为解决上述传统紫铜焊接方法中容易造成飞溅，操作不安全且焊接不稳定的问题，本发明实施例提供一种用于紫铜的激光焊接方法及装置：

一方面，提供一种用于紫铜的激光焊接方法，包括步骤：

将待焊接的紫铜工件贴合叠放在一起；

确定焊接的焦点平面，调节激光的焦点至焊接的焦点平面上，其中，所述调节激光的焦点包括调节绿激光的焦点和调节近红外激光的焦点；

控制所述绿激光根据预设焊接轨迹熔融所述紫铜工件，并控制所述近红外激光根据预设焊接轨迹对熔融部分进行深熔焊接。

进一步的，所述调节激光的焦点在焊接的焦点平面上包括：

调节所述绿激光的焦点和所述近红外激光的焦点之间的水平距离。

进一步的，所述绿激光的焦点与所述红外光激光的焦点之间的水平距离设置在75um～150um之间。

进一步的，所述方法还包括调节所述绿激光的光路与所述红外光激光的光路的夹角。

进一步的，所述绿激光的光路与竖直方向的夹角设置为5°，所述近红外激光的光路与竖直方向的夹角设置在10°～20°之间。

进一步的，所述绿激光的波长为525nm～535nm，所述近红外激光的波长为1064～1100nm。

进一步的，在所述将待焊接的紫铜工件叠放在一起之前，还包括对待焊接的紫铜工件进行清洁处理，所述清洁处理包括：采用清洗液清洁待焊接的紫铜工件的表面。

进一步的，所述预设焊接轨迹为直线。

进一步的，所述激光焊接方法采用脉冲模式焊接或者CW(continuous wave，连续脉冲)模式焊接。

另一方面，提供一种激光焊接装置，用于执行上述的用于紫铜的激光焊接方法，包括绿光激光器和近红外激光器，其中，所述绿光激光器用于按照预设焊接轨迹熔融紫铜工件；所述近红外激光器用于沿所述预设焊接轨迹对熔融处理后的所述紫铜工件进行深熔焊接。

本发明提供的用于紫铜的激光焊接方法及装置，通过采用绿光激光器发射出绿激光来对紫铜进行熔融，然后由近红外激光器发射出近红外激光对熔融的紫铜进行深熔焊接，这种焊接方法一方面解决了焊接过程中激光容易产生飞溅的问题，提高了焊接的稳定性，另一方面保证了紫铜熔融彻底，焊缝熔深不会太浅，避免焊接处产生气孔、裂纹等问题，实现高质量的紫铜焊接。

附图说明

图1为本发明实施例一所述用于紫铜的激光焊接方法的流程框图；

图2为本发明实施例一中两个激光头之间的位置关系示意图；

图3为本发明实施例一中紫铜在常温下对绿激光的吸收率与波长的关系特性图；

图4为本发明实施例一中紫铜对近红外激光的吸收率与温度的关系特性图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分实施例，而不是全部的实施例,附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。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。

实施例一

参阅图1，图示为本发明实施例提供的一种用于紫铜的激光焊接方法的流程框图，包括步骤：

S1：将待焊接的紫铜工件贴合叠放在一起；

在本发明实施例中，焊接所需的紫铜工件包括第一紫铜工件和第二紫铜工件，在焊接加工前，需要将第一紫铜工件和第二紫铜工件紧密贴合叠放在一起，这样可以减少第一紫铜工件与第二紫铜工件之间的间隙，避免在焊接过程中因为两者之间由于间隙太大，而导致间隙中的空气进入到熔融的紫铜中，可能使得焊接不彻底，或者产生虚焊等，从而影响了焊接的质量。

为了使紫铜焊接过程中不会将紫铜上存在的杂质或者其他不干净的物质掺入到焊接好的紫铜中，而导致虚焊或者因为掺入的杂质或者不干净物质而使焊接后紫铜的性能达不到预定的要求，在进行焊接操作前，本发明实施例需要在对待焊接的紫铜工件进行相应的清洁处理；

具体的，在本发明实施例中，通过对清洁设备用丙酮或酒精等有机溶剂浸泡，然后使用清洁设备擦拭待焊接的紫铜工件的表面，这样可以去除待焊接的紫铜工件表面油污或者杂质，在擦拭完成后，还需对所述待焊接的紫铜工件进行干燥处理，这样可以保证在后续对紫铜进行熔融处理时，去除由于紫铜工件表面湿滑而产生气泡等影响焊接质量影响较大的因素；在实际应用中，本发明并不对清洁待焊接的紫铜工件的清洗液进行限制和固定，只要能达到相应的清洁效果，均在本发明的保护范围之内；相应的，本发明对待焊接的紫铜工件的干燥处理方式也不做限制和固定，可根据实际情况进行处理。

S2：确定焊接的焦点平面，调节激光的焦点至焊接的焦点平面上，其中，所述调节激光的焦点包括调节绿激光的焦点和调节近红外激光的焦点；

在本发明实施例中，在对紫铜工件的焊接过程中共采用了两种不同的激光，一种为绿光激光器发射的绿激光，用于对紫铜工件进行熔融处理，另一种为近红外激光器发射的近红外激光，用于对所述熔融处理过的紫铜工件进行深熔焊接处理。

在本发明实施例中，还需要确定一个焦点平面以方便调节激光的焦点位置，本发明并不对焦点平面进行限制和固定，既可以设置在紫铜工件的表面，也可以设置在紫铜工件的上方位置处或者下方位置处，可根据实际需要进行设定；

调节激光的焦点在预设的焦点平面具体通过电机驱动激光器的上下位置，从而使得激光的焦点在预设的焦点平面上，其中，所述绿激光的焦点和所述近红外激光的焦点在同一平面上。

在本发明实施例中，所述调节激光的焦点至焊接的焦点平面上包括在预设焦点平面上调节所述绿激光的焦点和所述近红外激光的焦点之间的水平距离，所述调节也是通过电机驱动绿光激光器和近红外激光器来实现；具体的，通过在控制电机运动的计算机等控制设备中以及相应的软件程序中，设置绿光激光器的焦点和近红外激光器的焦点之间的水平距离在一定范围值内，然后控制电机运动调节两个激光器的水平距离，当两者焦点的水平距离达到所设定的范围内时，电机停止运动，完成焦点的调节；优选的，在本发明实施例中，所述绿光激光器的焦点与近红外激光器的焦点在焦点平面的水平距离设置在75um～150um之间，这样可使得在绿激光对紫铜工件熔融后，近红外激光及时、快速的对熔融部分进行深熔焊接，减少紫铜熔融部分与空气的接触时间，提高焊接的质量。

S3：控制所述绿激光根据预设焊接轨迹熔融所述紫铜工件，并控制所述近红外激光根据预设焊接轨迹对熔融部分进行焊接。

具体的，将所述第一紫铜工件作为熔化体，将所述第二紫铜工件作为焊接体，在焊接时，将第一紫铜工件放置在第二紫铜工件上面，通过工业夹具将两者夹紧，放置在预定的焊接台上，开启激光器，由于绿光激光器与近红外激光器的焦点之间具有一定的水平距离，以及焊接是在焊接台运动过程中完成的，且焊接台是从绿光激光器一边运动近红外激光器一边的，所以焊接时，先通过绿光激光器发射绿激光沿焊接轨迹将第一紫铜工件和第二紫铜熔融，然后近红外激光器发射近红外激光对熔融的第一紫铜工件和第二紫铜工件进行深熔焊接，使得第一紫铜工件熔融部分嵌入到第二紫铜工件熔融部分的内部，使得两者之间形成连接点，然后冷却凝固后，就完成焊接；当然，也可以将所述第一紫铜工件当作焊接体，将所述第二紫铜工件当作熔化体，此时，第二紫铜工件将放在第一紫铜工件上，本发明并不对其进行限制和固定，可根据实际情况来设定；在本实施例中，所述绿激光和所述近红外激光均以预设的焊接轨迹、焊接速度对所述紫铜工件进行焊接，比如针对厚度为0.1mm和0.5mm紫铜工件进行叠焊时，可设定焊接轨迹为5nm长的直线，焊接速度为1nm/s或1.5nm/s等。

在本发明实施例中，在激光对紫铜工件进行焊接操作前，为了达到焊接的要求，还需要通过外接设备，例如计算机等，设置合适的激光焊接参数，例如，激光的功率、频率等会影响激光焊接，然后开启激光器，对紫铜工件进行焊接操作；

在本发明实施例中，所述焊接轨迹为直线，通过上位软件进行设定；本发明并不对焊接轨迹的形状和长度进行限制和固定，可根据实际要求灵活设定；

在本发明实施例中，所述作为熔化体的紫铜工件的厚度可设置在0mm～0.2mm范围之内，且并不对所述作为焊接体的紫铜工件作限制和固定。

在本发明实施例中，所述方法还包括调节所述绿激光的光路与所述红外光激光的光路的夹角，参阅图2，图示为本发明实施例中所述绿光激光器的激光头与近红外激光器的激光头的位置关系示意图，其中，作为本实施例的可选方案，所述绿光激光器的激光头发射的绿激光的光路与竖直方向所形成的夹角为5°，所述近红外激光器的激光头发射的近红外激光的光路与竖直方向所形成的夹角角度可在10°到20°之间；本发明通过绿光激光器发射出绿激光熔化紫铜，通过近红外激光器发射出近红外激光对熔融的紫铜进行深熔焊接。

在本发明实施例中，所述绿光激光器和所述近红外激光器即可采用脉冲模式对所述紫铜工件进行焊接，也可以采用CW模式对紫铜工件进行焊接，本发明实施例并不对其进行限制和固定。

在本发明实施例中，在完成焊接后，还需要对紫铜的焊接平面进行残渣清除，以便使得焊接平面更加干净和平整，从而在外观上进一步提高焊接的质量。

参阅图3，图示为本发明实施例所述紫铜在常温下对绿激光的吸收率与波长的关系特性图，从图中可知，紫铜对绿激光的吸收率越高，紫铜的波长越短，同时功耗也越高，本发明实施例为使紫铜对绿激光即具有很好的吸收率，同时降低功耗，即降低成本，优选的，本发明实施例采用波长为525nm～535nm之间的绿激光对紫铜工件进行熔融操作；在本实施例中，选择波长为532nm的绿激光，此时，紫铜在常温下对绿光有良好的吸收率，其吸收率约为40％；当然，本发明实施例并不限制和固定绿激光的波长。

参阅图4，图示为本发明实施例中紫铜对近红外激光的吸收率与温度的关系特性图，从图中可知，在紫铜被光激光熔化后，熔融部分的温度也急速上升，同时，紫铜对近红外激光的吸收率也急速增加，尤其在近红外激光波长为1064nm时，紫铜在熔融状态时对近红外光的吸收率骤增12％左右，此时，近红外激光可对紫铜进行深熔焊接，从而得到高质量的紫铜焊接；优选的，本发明实施例采用波长为1064nm～1100nm之间的近红外激光对紫铜工件进行深熔焊接；当然，本发明实施例并不限制和固定近红外激光的波长。

本发明提供的用于紫铜的激光焊接方法，通过采用绿光激光器发射出绿激光来对紫铜进行熔融，然后由近红外激光器发射出近红外激光对熔融的紫铜进行深熔焊接，这种焊接方法一方面解决了焊接过程中容易产生飞溅的问题，提高了焊接的稳定性，另一方面保证了紫铜熔融彻底，焊缝熔深不会太浅，避免焊接处产生气孔、裂纹等问题，实现高质量的紫铜焊接。

实施例二

本发明还提供一种激光焊接装置，用于执行上述用于紫铜的焊接方法，所述装置主要包括用于熔融紫铜工件的绿光激光器，和用于对熔融紫铜进行深熔焊接的近红外激光器，以及用于承载紫铜工件的工作台；当然，还包括调节所述绿光激光器和近红外激光器在竖直方向上位置的竖直方向移动模组，以及调整绿光激光器焦点与近红外激光器焦点在水平面距离的水平方向移动模组；

当装置工作时，先通过调节竖直方向移动模组将绿光激光器和近红外激光器的焦点调整到预设的焦点平面上，然后通过水平方向移动模组将两者焦点的水平距离调节到合适的范围；调整完毕后，通过与装置外接计算机等设置激光器的焊接参数，开启激光器，用绿激光按照预设的焊接轨迹进行熔融操作，用近红外激光按照预设的焊接轨迹对熔融处理后的紫铜工件进行焊接操作。

本发明提供的激光焊接装置，将绿激光和近红外激光整合在一起对紫铜进行焊接处理，同时兼备绿激光和近红外激光的优质特性，通过绿激光来对紫铜进行熔融处理，近红外激光对熔融紫铜进行深熔焊接处理，一方面解决了焊接过程中容易产生飞溅的问题，提高了焊接的稳定性，另一方面保证了紫铜熔融彻底，焊缝熔深不会太浅，避免焊接处产生气孔、裂纹等问题，从而实现了高质量的紫铜焊接。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，包括步骤：

将待焊接的紫铜工件贴合叠放在一起；

确定焊接的焦点平面，调节激光的焦点至焊接的焦点平面上，其中，所述调节激光的焦点包括调节绿激光的焦点和调节近红外激光的焦点；

控制所述绿激光根据预设焊接轨迹熔融所述紫铜工件，并控制所述近红外激光根据预设焊接轨迹对熔融部分进行深熔焊接。

2.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述调节激光的焦点在焊接的焦点平面上包括：

调节所述绿激光的焦点和所述近红外激光的焦点之间的水平距离。

3.根据权利要求2所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述绿激光的焦点与所述红外光激光的焦点之间的水平距离设置在75um～150um之间。

4.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述方法还包括调节所述绿激光的光路与所述红外光激光的光路的夹角。

5.根据权利要求4所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述绿激光的光路与竖直方向的夹角设置为5°，所述近红外激光的光路与竖直方向的夹角设置在10°～20°之间。

6.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述绿激光的波长为525nm～535nm，所述近红外激光的波长为1064～1100nm。

7.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，在所述将待焊接的紫铜工件叠放在一起之前，还包括对待焊接的紫铜工件进行清洁处理，所述清洁处理包括：采用清洗液清洁待焊接的紫铜工件的表面。

8.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述预设焊接轨迹为直线。

9.根据权利要求1所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法采用脉冲模式焊接或者CW模式焊接。

10.一种激光焊接装置，用于执行权利要求1-9任一项所述的用于紫铜的激光焊接方法，其特征在于，包括绿光激光器和近红外激光器，其中，所述绿光激光器用于按照预设焊接轨迹熔融紫铜工件；所述近红外激光器用于沿所述预设焊接轨迹对熔融处理后的所述紫铜工件进行深熔焊接。