CN114309939B - 一种铜基薄片料带激光焊接方法及激光焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于料带连接技术领域，公开了一种铜基薄片料带激光焊接方法及激光焊接设备，该方法包括：将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处；根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；基于所述焊接工艺参数控制所述焊接头移动，在所述对接处进行激光焊接。采用激光热源进行焊接，可实现无接触焊接且激光焊接热输入较小，保证了材料较小的变形。合适的激光焊接工艺参数可以保证焊缝成形均匀，亦可避免材料烧穿和热区影响较大等问题，保证了焊接的质量，进而保证了铜基薄片料带的连接强度及成形外观。
Description
技术领域
本发明属于料带连接技术领域，尤其涉及一种铜基薄片料带激光焊接方法及激光焊接设备。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。在激光焊接中，功率密度小于104～105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2时形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。
近年来，随着激光技术和激光器迅猛发展，激光加工技术的日臻成熟，并在制造业、粉末冶金、动力电池、3C电子、光通讯、汽车工业和五金家电等领域得到广泛应用。尤其在电子行业，产品朝着高集成化、高精密化和智能化方向升级，其产品内部构件越来越小巧轻薄，高密度分布、集成度越来越高，因而对各元器件结构及其连接处的外观、形变及连接强度等提出更高的要求，对焊接技术的要求也越来严苛。
铜基薄片料带，主要以磷青铜、紫铜或黄铜等基体，是各类连接器端子或电子元器件的承载构件，其焊接方式、焊缝成形对料带结构、材料利用率、连接强度具有较大影响。发明人发现采用传统焊接技术加工此类小巧轻薄材料时容易出现材料烧穿、热影响区大、接触挤压变形、连接强度较低且存在辅材耗损等问题。
因此，亟需一种铜基薄片料带激光焊接方法，以解决上述技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铜基薄片料带激光焊接方法及激光焊接设备，其以保证焊缝成形外观、质量及连接强度等。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种铜基薄片料带激光焊接方法，包括：
将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；
将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处；
根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；
基于所述焊接工艺参数控制所述焊接头移动，在所述对接处进行激光焊接。
可选的，所述焊接头为振镜焊接头，其中，所述振镜焊接头的焦距为170mm。
可选的，所述准连续光纤激光器的纤芯直径为50μm。
可选的，所述根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数，包括：
若所述激光输出模式为连续模式，所述铜基薄片的厚度为0.1mm-0.2mm，所述焊接工艺参数包括：平均功率功率百分比为35％-45％、扫描速度为5mm/s-15mm/s、离焦量为1mm-3mm、结束功率缓降距离为0.5mm-2mm、结束缓降功率百分比为20％-30％。
可选的，所述根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数，包括：
若所述激光输出模式为脉冲模式，所述铜基薄片的厚度为0.1mm-0.2mm，所述焊接工艺参数包括：峰值功率为300W-600W、脉宽为3ms-6ms、出光频率为20Hz-30Hz、离焦量为1mm-3mm、点间距0.1mm-0.2mm。
可选的，所述将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处，包括：
采用视觉检测系统将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处。
第二方面，本发明实施例提供一种激光焊接设备，包括准连续光纤激光器，并设置为基于本发明任意实施例提供的铜基薄片料带激光焊接方法对铜基薄片料带进行焊接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处；根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；基于所述焊接工艺参数控制所述焊接头移动，在所述对接处进行激光焊接。采用准连续光纤激光器发出的激光热源进行焊接，可实现无接触焊接且激光焊接热输入小，保证了材料较小的变形及较小的过热区。可以保证焊缝成形比较均匀，亦可避免材料烧穿和热区影响较大等问题，保证了焊接的质量，进而保证了铜基薄片料带的连接强度及成形外观。
再者，焊接之后焊缝背面焊透、焊缝成形较为均匀且两端缺口较小，焊缝形貌良好。
附图说明
图1为实施例二中的焊接效果图；
图2为对比例一中的焊接效果图；
图3为实施例三中的焊接效果图；
图4为实施例一种的铜基薄片料带激光焊接方法的流程图。
1、过热区；2、焊缝。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本实施例公开了一种铜基薄片料带激光焊接方法，如图4所示，包括如下步骤：
S1、将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；
S2、将焊接头定位到铜基薄片料带的对接处；
S3、根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；
S4、基于焊接工艺参数控制焊接头移动，在对接处进行激光焊接。
固定装夹料带，保证接头处无明显错边和间隙。将具体的焊接工艺参数输入控制软件内，根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，由控制软件自动确定焊接工艺参数，然后控制准连续光纤激光器输出激光并控制焊接头移动实施焊接。
采用准连续光纤激光器发出的激光热源进行焊接，可实现无接触焊接且激光焊接热输入小，保证了材料较小的变形及较小的过热区。可以保证焊缝成形比较均匀，亦可避免材料烧穿和热区影响较大等问题，保证了焊接的质量，进而保证了铜基薄片料带的连接强度及成形外观。
实施例二
本实施例公开了一种铜基薄片料带激光焊接方法，在上述铜基薄片料带激光焊接方法的基础上进一步细化，包括如下步骤：
将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；
将振镜焊接头定位到铜基薄片料带的对接处；
根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；
基于焊接工艺参数控制振镜焊接头移动，在对接处进行激光焊接。
其中，采用准连续光纤激光器进行焊接，例如采用QCW150光纤激光器。焊接头可以为振镜焊接头，其中，准连续光纤激光器的纤芯直径可以为50μm，振镜焊接头焦距可以为170mm。不同的纤芯直径和振镜焊接头焦距所对应的其他参数是不同的，本实施例中选用的准连续光纤激光器及配置具体参数如上所述。焊接的工件为0.1-0.2mm厚的铜基薄片料带。
本实施例中，根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数，包括：
若激光输出模式为连续模式，以实现铜基薄片料带的焊接。本实施例中，焊接工艺参数包括：平均功率百分比为35％-45％、扫描速度为5mm/s-15mm/s、离焦量为1mm-3mm，结束功率缓降距离为0.5mm-2mm、结束缓降功率百分比为20％-30％。
固定装夹料带，保证接头处无明显错边和间隙，进行定位并控制振镜焊接头进行焊接。采用激光热源进行焊接，可实现无接触焊接且激光焊接热输入较小，保证了材料较小的变形。可以保证焊缝成形较为均匀，亦可避免材料烧穿和热区影响较大等问题，保证了焊接的质量，进而保证了铜基薄片料带的连接强度及成形外观。
采用上述焊接工艺焊接之后焊缝背面焊透、焊缝成形均匀且两端缺口较小，焊缝外观良好，具体参照图1。焊缝质量较高，可以有效地保证焊接质量及连接强度等。
其中，离焦量是指光束焦点距离工件表面的位置，也即光束焦点距离铜基薄片料带表面的位置。结束缓降功率是指焊接结束前的一段距离，功率逐渐降低至设定值后结束焊接，这种设置对于焊缝末端的能量输入及熔池稳定具有有益的控制作用，可有效改善焊缝末端的过烧及熔池的塌陷等问题。对于结束功率缓降距离，则需根据初始功率和焊缝长度而定，如激光功率较大且焊缝较长，可适当将缓降距离设置长些，以实现焊缝末端良好的成形外观。
平均百分功率如果过大，单位时间内产生的热量较多，会造成铜基薄片材料过热区及过热程度增大甚至烧穿或烧蚀而无法形成有效的连接；然而如果功率过小，功率密度未达到高反材料的阈值，同样无法实现有效的连接。在功率确定的前提下，速度的大小直接影响能量的输入，速度过小则会造成过热区及过热程度增大甚至烧穿或烧蚀而无法形成有效的连接，速度过快会导致熔池过小或无法形成熔池从而无法形成有效连接。焦点位置光斑最小、功率密度最大，对于薄片材料易导致严重烧蚀，需要根据实际情况调整离焦量，以适当增加光斑直径及均匀光束分布从而改善焊接质量。
对比例一
其与实施例二中焊接的料带、焊接工艺和采用的设备都相同，不同之处在于具体的参数。
针对0.1～0.2mm厚铜基薄片料带，采用QCW150光纤激光器以连续模式进行对接焊接，其中纤芯直径为50μm，振镜焊接头焦距为170mm；焊接工艺参数包括：平均功率百分比为35％-50％、扫描速度5-15mm/s、离焦量1-3mm。根据上述焊接工艺参数进行焊接，焊接之后的焊缝背面焊透、起始端宽度较窄，而结束端焊缝较宽且缺口较大，热影响区较大，具体效果图参照图2。
有实施例二和对比例一的对比可知，设置结束缓降功率和结束功率缓降距离可以有效改善焊缝结束端材料的烧损及塌陷、减小材料的过热区及过热程度，保证了焊缝成形外观及连接强度。
实施例三
本实施例公开了一种铜基薄片料带激光焊接方法，在实施例一提供的铜基薄片料带激光焊接方法的基础上进一步细化，包括如下步骤：
将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；
将振镜焊接头定位到铜基薄片料带的对接处；
根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；
基于焊接工艺参数控制振镜焊接头移动，在对接处进行激光焊接。
其中，采用准连续光纤激光器进行焊接，例如采用QCW150光纤激光器。焊接头可以为振镜焊接头，其中，准连续光纤激光器的纤芯直径可以为50μm，振镜焊接头焦距可以为170mm。不同的纤芯直径和振镜焊接头焦距所对应的其他参数是不同的，本实施例中选用的准连续光纤激光器及配置具体参数如上所述。焊接的工件为0.1-0.2mm厚的铜基薄片料带。
本实施例中，根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数，包括：
若激光输出模式为脉冲模式，以实现铜基薄片料带的焊接。本实施例中，焊接工艺参数包括：峰值功率为300W-600W、脉宽为3ms-6ms、出光频率为20Hz-30Hz、离焦量为1mm-3mm、点间距0.1mm-0.2mm。其中，脉宽可以理解为一个脉冲周期内，激光对材料的作用时间，在其他参数一定的条件下，脉宽过大会导致材料过烧，脉宽过小则形成不了有效熔池；点间距是指，每个脉冲焊点中心的间距，间距过大则形成不了密实的焊缝，间距过小在一定程度上会影响焊接效率和焊接质量。经过多次的对比及调节焊接之后的铜基薄片料带焊缝背面焊透且焊点间搭接密实、焊缝成形均匀且两端缺口小、受热区域小，连接处厚度不超过原材料厚度，焊接效果良好，具体参照图3。
固定装夹料带，保证接头处无明显错边和间隙，进行定位并控制振镜焊接头进行焊接。采用激光热源进行焊接，可实现无接触焊接且激光焊接热输入小，保证了材料较小的变形及较小的过热区。可以保证焊缝成形比较均匀，亦可避免材料烧穿和热区影响较大等问题，保证了焊接的质量，进而保证了铜基薄片料带的连接强度及成形外观。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种铜基薄片料带激光焊接方法，其特征在于，包括：
将铜基薄片料带的端部以对接形式固定装夹并放置在采用准连续光纤激光器的焊接头的下方；
将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处；
根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数；
基于所述焊接工艺参数控制所述焊接头移动，在所述对接处进行激光焊接；
所述焊接头为振镜焊接头，其中，所述振镜焊接头的焦距为170mm；
所述准连续光纤激光器的纤芯直径为50μm；
所述根据用户选择的准连续光纤激光器的激光输出模式和所述铜基薄片的厚度，确定焊接工艺参数，包括：
若所述激光输出模式为连续模式，所述铜基薄片的厚度为0.1mm-0.2mm，所述焊接工艺参数包括：平均功率百分比为35％-45％、扫描速度为5mm/s-15mm/s、离焦量为1mm-3mm、结束功率缓降距离为0.5mm-2mm、结束缓降功率百分比为20％-30％；
若所述激光输出模式为脉冲模式，所述铜基薄片的厚度为0.1mm-0.2mm，所述焊接工艺参数包括：峰值功率为300W-600W、脉宽为3ms-6ms、出光频率为20Hz-30Hz、离焦量为1mm-3mm、点间距0.1mm-0.2mm。
2.根据权利要求1所述的铜基薄片料带激光焊接方法，其特征在于，所述将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处，包括：
采用视觉检测系统将所述焊接头定位到所述铜基薄片料带的对接处。
3.一种激光焊接设备，其特征在于，包括准连续光纤激光器，并设置为基于权利要求1或2所述的铜基薄片料带激光焊接方法对铜基薄片料带进行焊接。
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