CN114951995A - 散热铜管焊接方法及散热铜管焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热铜管焊接方法及散热铜管焊接设备，散热铜管的一端为注液端，所述散热铜管的另一端具有开孔，该散热铜管焊接方法包括：获取待焊接散热铜管的工件参量；根据所述工件参量选择对应光束质量的单模激光器；控制所述单模激光器对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。本发明可以解决对铜材料实现稳定焊接较为困难的问题。

Description

散热铜管焊接方法及散热铜管焊接设备

技术领域

本发明涉及铜管焊接技术领域，特别涉及一种散热铜管焊接方法及散热铜管焊接设备。

背景技术

目前，紫铜可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品，紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材，例如各种电子设备中的散热铜管。但在常温条件下，铜对激光的反射率约为98.6％，由于铜过高的反射率会导致焊接用的激光能量绝大部分被浪费掉，使从而导致焊接效果不稳定,甚至出现无法实现有效焊接的现象。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种散热铜管焊接方法，旨在解决对铜材料实现稳定焊接较为困难的问题。

为实现上述目的，本发明提出的散热铜管焊接方法，包括：

准备单模激光器及待焊接散热铜管；

控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。

可选地，控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接的步骤包括：

获取待焊接散热铜管的工件参量；

根据所述工件参量设置所述单模激光器的工作参数；

控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接；其中，

所述工作参数包括激光功率、出光时间、气流量及离焦量。

可选地，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接的步骤前，还包括：

控制焊接夹具夹紧所述散热铜管具有开孔的另一端直至所述开孔间隙小于预设间隙阈值。

可选地，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为550ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

可选地，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为450ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

本发明还提出一种散热铜管焊接设备，用于实施上述的散热铜管焊接方法，包括：

设备主体，设有焊接工位及设置于所述焊接工位上的焊接夹具，所述焊接夹具用于夹持固定待焊接的散热铜管；

单模激光器，设置于所述设备主体上，所述单模激光器的出光口朝向所述焊接工位设置，所述单模激光器用于在对散热铜管的两端进行焊接时，向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光。

可选地，所述单模激光器包括：

激光器本体；

激光器焊接头，所述激光器焊接头的准直单元为100mm，所述激光器焊接头的聚焦单元为300mm。

本发明技术方案中，准备单模激光器及待焊接散热铜管，控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。如此，在实际应用中，能够根据待焊接材料的工件参量，例如组成成分，合金的金属占比等，从而针对性地选择对应的激光器对待焊接材料进行焊接，使得所选择的激光器能够稳定地对待焊接材料进行焊接，以达到稳定的焊接效果，解决了对铜材料实现稳定焊接较为困难的问题。

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为本发明散热铜管焊接方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明散热铜管焊接方法一实施例的细化流程示意图；

图3为本发明散热铜管焊接方法另一实施例的细化流程示意图。

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。

紫铜，又名红铜，具有良好的导电性及导热性，塑性极好，易于热压和冷压力加工，大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用蚀电蚀铜等要求导电性良好的产品。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸(盐酸、稀硫酸)、碱、盐溶液及多种有机酸(醋酸、柠檬酸)中，有良好的耐蚀性，用于化学工业。另外，紫铜可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品，紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材，例如各种电子设备中的散热铜管。但在常温条件下，铜对激光的反射率约为98.6％，由于铜过高的反射率会导致焊接用的激光能量绝大部分被浪费掉，使从而导致焊接效果不稳定,甚至出现无法实现有效焊接的现象。

为此，本发明提出一种散热铜管焊接方法，所述散热铜管的一端为注液端，所述散热铜管的另一端具有开孔，在本发明一实施例中，参考图1，散热铜管焊接方法包括：

步骤S100、准备单模激光器及待焊接散热铜管；

在激光热处理中，金属材料作为加工对象，它的激光吸收率大小就显得尤为重要。由菲涅耳公式可知光波在金属导体表面上的电场总是形成驻波波节，自由电子受到光波电磁场的强迫振动而产生次波，这些次波造成了强烈的反射波，反射了绝大部分的激光。特别是在长波段下，光子能量较低，主要只能对金属中的自由电子起作用，几乎是全反射的，只有少量的吸收，然而这少量的吸收在激光热处理中显得特别重要。激光照射到金属材料表面时，首先由于金属的自由电子过多而反射了绝大部分的激光，只有小部分得以透过表面而被金属吸收。另一方面，当大部分激光由于自由电子而被反射的同时，还有一小部分被金属内的束缚电子、激子、晶格振动等振子吸收，当激光照射到金属材料表面时被吸收的激光就可以分为两个部分。因此，在对待焊接材料进行焊接时，需要根据待焊接材料的组成成分，合金的金属占比等，从而针对性地选择对应的激光器对待焊接材料进行焊接。

在使用激光焊接时，激光束可以被看作一个高能量密度的热源，激光辐射到材料表面的过程，实际上是一个能量转移过程。其中，一大部分能量被材料表面反射，一部分通过材料透射，只有一小部分被材料吸收，在激光传播过程中，激光与材料相互作用中的能量转换遵循能量守恒定律。因此，在对散热铜管进行焊接时，应选择能够快速突破铜的吸收阈值的激光器，以达到稳定的焊接效果。

激光器根据输出光束的物理特性可分为多模激光器及单模激光器两种，其中，单模激光器只有一种模式，而多模激光器有多种模式，由于模式的不同会直接影响能量的空间分布，从能量分布空间上看，多模激光器呈现典型的平顶型分布，能量分布比较均匀，因此，多模激光器的光束质量较单模要差一些。而单模激光器则呈现典型的高斯分布，单模激光能量较为集中，在同等激光功率经相同的光学系统聚焦后，单模激光在焦点处的能量密度接近多模的11倍，即使在5mm离焦的条件下，单模的能量密度仍是普通多模的5倍。相对多模激光，单模激光具有如此悬殊的能量密度，通过合理利用，可以非常有效地提高加工能力或效率。单模激光器具有极佳的光束质量，单模激光器的光束质量通常小于1.8。在相同条件下，与多模激光相比，单模激光焦点处光斑尺寸明显减小，能量密度显著增加，这非常利于对紫铜进行激光焊接，因此，在本发明中，选用光束质量小于1.8的单模激光器对散热铜管进行焊接，能够快速的突破铜的吸收阈值，达到稳定的焊接效果。

步骤S200、控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。

在本实施例中，选用光束质量小于1.8的单模激光器对散热铜管进行焊接，能够快速的突破铜的吸收阈值，达到稳定的焊接效果。可以利用单模激光器对散热铜管的注液端，以及散热铜管具有开孔的另一端进行焊接。进一步地，可以对单模激光器的工作参数进行进行优化以达到最佳的焊接效果，由于散热铜管的两端的焊接情况不同，因此在对散热铜管的两端分别进行焊接时，需要调节单模激光器的工作参数以分别对散热铜管的两端进行焊接，例如，单模激光器的工作参数可以包括激光功率、出光时间、气流量及离焦量等。通过对单模激光器的工作参数进行调节，从而使得散热铜管的两端能够在焊接后均形成球面焊缝且表面平滑。

本发明技术方案中，准备单模激光器及待焊接散热铜管，控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。如此，在实际应用中，能够根据待焊接材料的工件参量，例如组成成分，合金的金属占比等，从而针对性地选择对应的激光器对待焊接材料进行焊接，使得所选择的激光器能够稳定地对待焊接材料进行焊接，以达到稳定的焊接效果。同时，本发明的技术方案中，选择光束质量小于1.8的单模激光器对散热铜管进行焊接，能够快速的突破铜的吸收阈值，从而使得散热铜管的两端均能够在焊接后形成球面焊缝且表面平滑，达到稳定的焊接效果。

参考图2，在本发明一实施例中，控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接的步骤包括：

步骤S210、获取待焊接散热铜管的工件参量；

步骤S220、根据所述工件参量设置所述单模激光器的工作参数；

步骤S230、控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接；其中，

所述工作参数包括激光功率、出光时间、气流量及离焦量。

在本实施例中，可以通过获取散热铜管的工件参量，例如组成成分，合金的金属占比等参数，或者是散热铜管的结构情况，可以理解的是，常用的散热铜管在未焊接前，散热铜管的一端为注液端，用于注入散热用的冷却液，散热铜管的另一端具有开孔，由于散热铜管两端的结构情况不同，对应地，所使用的单模激光器的工作参数也需要针对性地进行设置才能够达到稳定的焊接效果。单模激光器的工作参数可以包括激光功率、出光时间、气流量及离焦量等，能够通过对单模激光器的工作参数进行调节，从而使得散热铜管的两端能够在焊接后均形成球面焊缝且表面平滑。

进一步地，还能够控制单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的两端进行焊接，预设焊接工艺可以根据实际的散热铜管结构情况或是根据所需要达到的焊接效果来进行选择，可选地，预设焊接工艺可以为定点焊接、摆动焊接及预设路径焊接中的一种或多种组合，其中，预设路径焊接的焊接路径包括但不限于螺旋焊接路径、井字焊接路径、环形焊接路径及其他焊接路径轮廓等，具体可以根据实际所需要达到的焊接效果来进行选择。

参考图3，在本发明一实施例中，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接的步骤前，还包括：

步骤S201、控制焊接夹具夹紧所述散热铜管具有开孔的另一端直至所述开孔间隙小于预设间隙阈值。

可以理解的是，单模激光器的激光能量较为集中，对应地，其发出的光束也为细光束，因此，在对带有孔洞结构的材料进行焊接时，很容易因为孔洞漏光从而导致激光焊接的效果差、出现焊接裂纹、焊接口处不牢固等现象。因此，在本实施例中，控制焊接夹具用于夹紧散热铜管具有开孔的另一端，使得散热铜管上的开孔间隙在焊接夹具的作用下小于预设间隙阈值，如此，使得散热铜管具有开孔的另一端能够避免焊接漏光，充分地吸收激光以达到稳定地焊接效果，并使得散热铜管的具有开孔的另一端能够在焊接后形成球面焊缝且表面平滑。对应地，可以在散热铜管的焊接设备上设置间隙检测装置，间隙检测装置可以采用探针法或其他间隙检测方法来检测散热铜管的开孔间隙，从而保证焊接夹具能够将散热铜管夹紧至开孔间隙小于预设间隙阈值，预设间隙阈值可以根据所选择的激光器进行设置。

可选地，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为550ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

在本实施例中，对散热铜管的注液端进行焊接时，单模激光器的工作参数具体设置如下，激光功率设置为840W，出光时间设置为550ms，气流量设置为15mm/L，离焦量设置为3mm。基于上述单模激光器的工作参数对散热铜管的注液端进行焊接，可以使散热铜管的注液端形成球面焊缝且表面平滑。

可选地，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为450ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

在本实施例中，对散热铜管具有开孔的另一端进行焊接时，单模激光器的工作参数具体设置如下，激光功率设置为840W，出光时间设置为450ms，气流量设置为15mm/L，离焦量设置为3mm。基于上述单模激光器的工作参数对散热铜管具有开孔的另一端进行焊接，可以使散热铜管具有开孔的另一端形成球面焊缝且表面平滑。与对散热铜管的注液端进行焊接时单模激光器的工作参数相比，改变了单模激光器的出光时间，使得在对散热铜管的两端进行焊接时，能够减少调节单模激光器工作参数的设置时间，提高焊接效率。

可以理解的是，上述的单模激光器工作参数作为本申请的优选示例，不排除根据实际加工流程及使用的单模激光器，以一定的比例去变换本申请所示的单模激光器的工作参数。

可选地，所述预设焊接工艺为定点焊接、摆动焊接及预设路径焊接中的一种或多种组合。

可以理解的是，能够控制单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的两端进行焊接，预设焊接工艺可以根据实际的散热铜管结构情况或是根据所需要达到的焊接效果来进行选择。可选地，预设焊接工艺可以为定点焊接、摆动焊接及预设路径焊接中的一种或多种组合，其中，预设路径焊接的焊接路径包括但不限于螺旋焊接路径、井字焊接路径、环形焊接路径及其他焊接路径轮廓等，具体可以根据实际所需要达到的焊接效果来进行选择。在一实施例中，对散热铜管的两端进行焊接时，选用了定点焊接的焊接工艺，在选用预设路径焊接或摆动焊接对散热铜管进行焊接时，球状焊接很容易偏向任意一侧，而在选用定点焊接对散热铜管进行焊接时，球状焊接并不会偏向任意一侧，能够快速形成球面焊缝且表面平滑，因此，优选定点焊接对散热铜管进行焊接。

可以理解的是，上述的单模激光器工作参数及预设焊接工艺作为本申请的优选示例，不排除根据实际加工流程及使用的单模激光器，以一定的比例去变换本申请所示的单模激光器的工作参数及预设焊接工艺。

本发明技术方案中，获取待焊接散热铜管的工件参量，并根据获取的工件参量选择对应光束质量的单模激光器，以及根据工件参量设置单模激光器的工作参数如激光功率、出光时间、气流量及离焦量等，以控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。如此，在实际应用中，能够根据待焊接散热铜管的工件参量，例如组成成分，合金的金属占比等或者是散热铜管的结构情况，从而针对性地选择对应的激光器及对应设置激光器的工作参数及焊接工艺，使得所选择的激光器能够稳定地对待焊接材料进行焊接，以达到稳定的焊接效果。同时，本发明的技术方案中，还能够根据散热铜管不同端分别设置单模激光器的工作参数，从而使得散热铜管的两端均能够在焊接后形成球面焊缝且表面平滑，达到稳定的焊接效果。

本发明还提出一种散热铜管焊接设备，用于实施上述的散热铜管焊接方法，包括：

设备主体，设有焊接工位及设置于所述焊接工位上的焊接夹具，所述焊接夹具用于夹持固定待焊接的散热铜管；

单模激光器，设置于所述设备主体上，所述单模激光器的出光口朝向所述焊接工位设置，所述单模激光器用于在对散热铜管的两端进行焊接时，向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光。

在本实施例中，散热铜管焊接设备包括设备主体及单模激光器，其中，设备主体上设置有焊接工位，焊接工位上对应设置有焊接夹具，焊接夹具用于夹持固定待焊接的散热铜管，以及用于将散热铜管具有开孔的另一端夹紧直至开孔间隙小于预设间隙阈值，以使散热铜管具有开孔的另一端能够充分吸收单模激光器所发出的激光，从而达到稳定的焊接效果。

光束质量通常被用来衡量激光光束在特定情况下(例如，有限的光束发散角的情况下)聚焦的程度，单模激光器具有极佳的光束质量，单模激光器的光束质量通常小于1.8。在相同条件下，与多模激光相比，单模激光焦点处光斑尺寸明显减小，能量密度显著增加，这非常利于对紫铜进行激光焊接，因此，在本发明中，选用光束质量小于1.8的单模激光器对散热铜管进行焊接，能够快速的突破铜的吸收阈值，达到稳定的焊接效果。进一步地，单模激光器中还包括绿光激光器、红光激光器、掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器等，在一实施例中，对散热铜管进行焊接时，散热铜管焊接设备中所选择的单模激光器型号为IPG YLR-2000-SM，其具有功率高、光束质量好(光束质量小于1.1)、光纤传导和电光转换效率高等特性，并且其体积小，可靠性高，能够稳定地对散热铜管进行焊接，并达到稳定的焊接效果。

可选地，所述单模激光器包括：

激光器本体；

激光器焊接头，所述激光器焊接头的准直单元为100mm，所述激光器焊接头的聚焦单元为300mm。

单模激光器包括激光器本体及激光器焊接头，激光器焊接头具有准直单元及聚焦单元，其中，准直单元能够改善光束的长宽比和平行度，聚焦单元则能够提高光束的功率密度，因此，针对不同的焊接材料，需要选择匹配参数的焊接头，以达到最优的焊接效果。在一实施例中，所选择的单模激光器的具体型号为IPG YLR-2000-SM，其激光器焊接头的具体型号为D30-WOB，激光器焊接头的准直单元为100mm，聚焦单元为300mm，在此基础上，进一步设置单模激光器的工作参数，使得散热铜管焊接设备能够对散热铜管的两端稳定地进行焊接，并在焊接后形成球面焊缝且表面平滑，达到稳定的焊接效果。

可选地，本发明所示的散热铜管焊接方法用于焊接所述散热铜管，具体实施方式如上所示，由于本散热铜管焊接方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

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，凡是在本发明的发明构思下，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 (8)

1.一种散热铜管焊接方法，所述散热铜管的一端为注液端，所述散热铜管的另一端具有开孔，其特征在于，包括：

准备单模激光器及待焊接散热铜管；

控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接。

2.如权利要求1所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，控制所述单模激光器向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光，以对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接的步骤包括：

获取待焊接散热铜管的工件参量；

根据所述工件参量设置所述单模激光器的工作参数；

控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端及所述散热铜管具有开孔的另一端分别进行焊接；其中，

所述工作参数包括激光功率、出光时间、气流量及离焦量。

3.如权利要求2所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接的步骤前，还包括：

控制焊接夹具夹紧所述散热铜管具有开孔的另一端直至所述开孔间隙小于预设间隙阈值。

4.如权利要求2所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管的注液端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为550ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

5.如权利要求2所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，在控制所述单模激光器按照预设焊接工艺对所述散热铜管具有开孔的另一端进行焊接时，所述单模激光器的工作参数具体设置为：

将所述单模激光器的激光功率设置为840W，所述单模激光器的出光时间设置为450ms，所述单模激光器的气流量设置为15mm/L，所述单模激光器的离焦量设置为3mm。

6.如权利要求2所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，所述预设焊接工艺为定点焊接、摆动焊接及预设路径焊接中的一种或多种组合。

7.一种散热铜管焊接设备，用于实施如权利要求1-6中任意一项所述的散热铜管焊接方法，其特征在于，包括：

设备主体，设有焊接工位及设置于所述焊接工位上的焊接夹具，所述焊接夹具用于夹持固定待焊接的散热铜管；

单模激光器，设置于所述设备主体上，所述单模激光器的出光口朝向所述焊接工位设置，所述单模激光器用于在对散热铜管的两端进行焊接时，向散热铜管提供光束质量小于1.8的激光。

8.如权利要求7所述的散热铜管焊接设备，其特征在于，所述单模激光器包括：

激光器本体；

激光器焊接头，所述激光器焊接头的准直单元为100mm，所述激光器焊接头的聚焦单元为300mm。

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