CN117241909A - 形成剃刀刀片组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，该方法包括：在剃刀刀片的上表面处引导功率输出可调节的激光束；以及在沿着剃刀刀片推进激光束的同时：a)将以第一功率输出的激光束施加到剃刀刀片；b)将激光束的第一功率输出减小到第二功率输出；以及c)将以第二功率输出的激光束施加到剃刀以形成将剃刀刀片接合到刀片支撑体的焊接区域。该焊接区域可以是细长的并且可以包括(i)大于约2:1的深度与宽度的比率，和/或(ii)大于约5:1的长度与宽度的比率。

Description

形成剃刀刀片组件的方法
技术领域
本发明整体涉及焊接式剃刀刀片组件，并且更具体地涉及使用键孔焊接制成的剃刀刀片组件及其制造方法。
背景技术
剃刀刀片组件包括接合到刀片支撑体的剃刀刀片，其中，刀片支撑体用于将剃刀刀片组件安装到剃刀刀片架中。在目前的剃刀刀片组件中，传导激光焊接通常用于将剃刀刀片接合到刀片支撑体。传导激光焊接依赖于对部件进行表面加热以产生材料熔池，该材料熔池的宽度和深度通过传导和对流工艺扩大，直到熔池到达下面的基板并且形成将部件粘结或接合到基板的焊接区域。
通过传导激光焊接形成的焊接区域通常包括相对较浅的随着深度而变窄的圆形横剖面。因此，这些焊接区域的加工余量有时较少。利用传导激光焊接获得更坚固的焊接通常需要增加焊接区域的尺寸，尤其是深度，这通常需要花费更长的焊接时间并且导致焊接区域的宽度更大。然而，与焊接时间较长相关联的热量增加可能引起诸多工艺变化，该工艺变化导致发生缺陷，诸如部件发生热变形。此外，通过传导激光焊接实现质量良好且一致的焊接需要相对复杂的控制策略和频繁的维护，包括清洁和检查、采样以及破坏性测试以确保最佳运行。这些任务导致成本和工作量增加，并且在保持质量和一致性方面通常无法实现100％有效。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，该方法包括：在剃刀刀片的上表面处引导功率输出可调节的激光束；以及在沿着剃刀刀片推进激光束的同时：a)将以第一功率输出的激光束施加到剃刀刀片；b)将激光束的第一功率输出减小到第二功率输出；以及c)将以第二功率输出的激光束施加到剃刀以形成将剃刀刀片接合到刀片支撑体的焊接区域。
根据本公开的另一方面，提供了一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，该方法包括：a)为激光扫描设备选择一个或多个参数的值，该参数包括光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率和激光束参数乘积中的一者或多者；b)根据一个或多个所选择的值操作激光扫描设备以将激光束施加到剃刀刀片；以及c)产生接合剃刀刀片和刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的细长焊接区域，其中细长焊接区域包括：(i)大于约2:1的深度与宽度的比率和/或(ii)大于约5:1的长度与宽度的比率。
附图说明
虽然说明书以特别指出和清楚地声明被视为形成本发明的主题的权利要求书作出结论，但是据信通过以下结合附图的描述可以更好地理解本发明，在附图中类似的标号用于指示基本上相同的元件，并且其中：
图1是根据本公开的包括剃刀刀片组件的剃刀刀片架的透视图；
图2是根据本公开的具有使用键孔焊接工艺形成的焊接区域的图1的剃刀刀片组件的顶视图的示意图；
图3A是沿线3A-3A截取的图2的剃刀刀片组件的横剖面；
图3B是沿线3B-3B截取的图2的剃刀刀片组件的横剖面；
图4是根据本公开的类似于图3A的横剖面，其示出成角度的焊接区域；
图5是具有使用现有技术的传导激光焊接工艺形成的焊接区域的剃刀刀片组件的顶视图的示意图；
图6是沿线6-6截取的图5的剃刀刀片组件的横剖面；
图7是根据本公开的用于执行键孔焊接的示例性激光扫描设备的示意图；
图8是示出根据本公开的激光束与工件之间的界面的图7的一部分的放大视图以及示出激光脉冲形状的曲线图；
图9和图10是示出根据本公开的将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本公开涉及用于形成包括剃刀刀片和刀片支撑体的剃刀刀片组件的键孔焊接工艺。与通过常规传导激光焊接技术产生的焊接相比，通过键孔焊接产生的焊接窄得多，其宽度沿着焊接的整个深度保持基本上均匀。相对于宽度，焊接也更深，这使得焊接更坚固。键孔焊接工艺更快速，需要更少的热量输入，并且产生更高质量且更一致的焊接。键孔焊接工艺还容许激光束参数发生更多变化，而且不需要使用常规传导激光焊接机器中的许多复杂、常维护的机件，减少成本高昂的机器停产时间和故障模式。
参考图1，其示出剃刀刀片架10，该剃刀刀片架可包括具有一个或多个根据本公开的剃刀刀片组件14的刀片架外壳12。虽然图1中示出三个剃刀刀片组件14，但应当理解，可将任何数量(或多或少)的剃刀刀片组件14安装在剃刀刀片架10内。剃刀刀片组件14可各自包括联接到剃刀刀片18的刀片支撑体16。如图所示，剃刀刀片组件14可安装在刀片架外壳12内并且用夹具20a和20b固定。刀片架外壳12还可包括位于刀片架外壳12的后部附近的顶盖22以及位于刀片架外壳12的前部附近的一个或多个防护结构24。顶盖22可包括一个或多个润滑构件(未标示)。剃刀刀片架10可以是剃刀系统的一部分并且可以可拆卸地或永久性地安装到柄部(未示出)。如本文详细所述，剃刀刀片组件14可各自包括将剃刀刀片18接合到相应的刀片支撑体16的一个或多个焊接区域30。每个剃刀刀片18的纵向长度L18在平行于剃刀刀片架10的纵向轴线A10的方向上延伸，并且每个剃刀刀片组件14可包括沿着相应的剃刀刀片18的纵向长度L18间隔开的多个焊接区域30。在图1中，应当理解，剃刀刀片18的一部分被夹具20a、20b遮蔽，使得每个剃刀刀片18的纵向长度L18可大于剃刀刀片18的可见部分的纵向长度。
图2是图1中示出的剃刀刀片组件14中的一个剃刀刀片组件的焊接区域30的详细顶视图，并且图3A和图3B是图2的相应部分的横剖面视图。图4是另一个示例性焊接区域30'的类似于图3A的横剖面视图。参考图3A和图4，剃刀刀片18包括刀片末端18a、后边缘18b、上表面18c和下表面18d。剃刀刀片18的宽度W18(如从刀片末端18a到后边缘18b测量的)可介于约0.20mm至约1.50mm之间(±0.05mm)。剃刀刀片18的厚度T18(如在上表面18c与下表面18d之间测量的)可介于约0.025mm至约0.125mm之间，并且在一些示例中为约0.075mm(±0.005mm)。在一些示例中，剃刀刀片18的一部分(例如，与刀片末端18a相反的后边缘18b的一部分)可在附接到刀片支撑体16之后扭断或折断，以获得期望的剃刀刀片18的宽度W18。刀片支撑体16包括上表面16a、下表面16b和前表面16c。刀片支撑体16的厚度T16(如在上表面16a与下表面16b之间测量的)可介于约0.10mm至约0.30mm之间(±0.05mm)。
如图1和图2中最佳可见，焊接区域30可包括沿着剃刀刀片18的纵向长度L18的一部分延伸的细长形状。焊接区域30的长度L30可为约0.25mm至约2.0mm，并且在一些示例中为约0.70mm(±0.05mm)。焊接区域30的宽度W30可为约0.05mm至约0.15mm(±0.005mm)。在一些示例中，焊接区域30的长度L30大于宽度W30以限定细长形状，例如，长轴线(即，沿着长度L30延伸的轴线)大于短轴线(即，沿着宽度W30延伸的轴线)的形状。在一些情况下，细长形状可包括带有圆形末端或弯曲末端的基本上呈直线、平行的侧面，以形成菱形形状，如图1和图2所示。在其它情况下，细长形状还可包括椭圆形或卵形形状，其中，基本上细长形状的所有侧面均弯曲(未示出)。在一些具体示例中，焊接区域30的长度与宽度的比率可大于约5:1(±0.1)。
如图3A中最佳所见，焊接区域30从剃刀刀片18的上表面18c延伸进入刀片支撑体16以限定焊接区域30的深度D30。深度D30可介于约0.10mm至约0.20mm之间(±0.05mm)。在一些示例中，焊接区域30可少量延伸进入刀片支撑体16，例如，大于或等于刀片支撑体16的厚度T16的约5％至小于或等于其约15％(±1％)。在其它示例中，焊接区域30可延伸穿过刀片支撑体16的厚度T16的至少一半，例如，刀片支撑体16的厚度T16的约50％至约75％(±1％)。焊接区域30的深度D30通常可大于宽度W30。在一些具体示例中，焊接区域30的深度与宽度的比率可大于约2:1，并且在另外的示例中，大于约3:1(±0.1)。如图2和图3A所示，焊接区域30可形成在剃刀刀片18的中心点处或附近，如沿剃刀刀片18的宽度W18延伸的方向所确定。应当理解，焊接区域30也可形成在沿着剃刀刀片18的宽度W18(例如，朝向刀片末端18a或后边缘18b)的任何其它期望的位置处。如下文相对于图4更详细地描述，图3A的焊接区域30应当与刀片支撑体16的前表面(未标示；参见图4中的16c)间隔开。
在一些示例中，如图1所示，焊接区域30可包括跨所有剃刀刀片组件14的基本上类似的特性(例如，深度、宽度、长度、位置等)，使得剃刀刀片架10内的所有焊接区域30都均匀。在其它示例中，与剃刀刀片架10内的一个或多个其它剃刀刀片组件14中的焊接区域30相比，一个或多个剃刀刀片组件14的焊接区域30可包括一个或多个不同的特性(例如，深度、宽度、长度和/或位置)。另选地或除此之外，与剃刀刀片组件14内的一个或多个其它焊接区域30相比，单个剃刀刀片组件14内的一个或多个焊接区域30可包括不同的特性。
由于使用键孔焊接来形成焊接区域30，所以焊接区域30的宽度W30沿着焊接区域30的基本上整个深度D30和/或长度L30可以是均匀的。例如，焊接区域30的宽度W30沿着焊接区域30的80％以上、85％以上或90％以上的深度D30和/或长度L30可以是均匀的。参考图3A，焊接区域30可包括第一侧壁30a和第二侧壁30b。限定焊接区域30的宽度W30的第一侧壁30a和第二侧壁30b基本上彼此平行(例如，±5°)。在图3A所示的示例中，第一侧壁30a和第二侧壁30b沿基本上垂直于剃刀刀片18的上表面18c和下表面18d的方向(例如，与上表面18c和下表面18d成约90°(±5°)的角度)延伸穿过剃刀刀片18并且进入刀片支撑体16。第一侧壁30a和第二侧壁30b的一部分可基本上呈直线。例如，如图3A所示，焊接区域30的横剖面轮廓可限定细长“U”形，其中，第一侧壁30a和第二侧壁30b的从剃刀刀片18的上表面18c延伸到靠近焊接区域30的底部或根部(未单独标示)的点(例如，第一侧壁30a和第二侧壁30b开始朝向彼此弯曲的位置)的部分基本上呈直线。
参考图3A和图3B，焊接区域30的上表面可限定焊接面30c，该焊接面可至少包括在剃刀刀片18的上表面18c上方延伸高度H30的部分。如图3B中最佳可见，高度H30跨焊接区域30的整个长度L30上可以不是均匀的。通常，焊接面30c上的任何点都不会突出剃刀刀片18的上表面18c上方超过0.025mm，并且优选地超过0.0075mm。可调节键孔焊接工艺的一个或多个参数，以尽最大程度地减少焊接区域30突出剃刀刀片18的上表面18c上方。
在图4示出的示例中，焊接区域30'可包括彼此平行但与剃刀刀片18的上表面18c成锐角α延伸穿过剃刀刀片18(并且进入刀片支撑体16)的第一侧壁30a'和第二侧壁30b'。角α可介于约45°至小于约90°之间或介于约50°至约70°之间(±1°)。在一些示例中，角α可为约60°(±1°)。类似于图3A中的焊接区域30的第一侧壁30a和第二侧壁30b，图4中的焊接区域30'的第一侧壁30a'和第二侧壁30b'的一部分可基本上呈直线。由于第一侧壁30a'和第二侧壁30b'成角度，因此，一个侧壁(例如，第一侧壁30a')可比另一个侧壁(例如，第二侧壁30b')短。虽然第一侧壁30a'和第二侧壁30b'在图4中示出为朝向刀片末端18a倾斜，但应当理解，第一侧壁30a'和第二侧壁30b'也可朝向后边缘18b倾斜。焊接区域30'可以其它方式包括基本上类似于图2和图3A的焊接区域30的特性，包括长度、宽度和深度(未标示)以及长度与宽度的比率和深度与宽度的比率。如上文相对于图3A中的焊接区域30更详细地论述，图4中的焊接区域30'可包括焊接面30c'，该焊接面仅略高于剃刀刀片18的上表面18c延伸，例如延伸不超过0.025mm的高度(未标示)，并且优选地延伸不超过0.0075mm。刀片支撑体16和剃刀刀片18也可包括基本上类似于图2和图3A的刀片支撑体16和剃刀刀片18的特性，包括宽度、长度和厚度(未标示)。
当例如剃刀刀片18的宽度(未标示；参见图2中的W18)和/或刀片支撑体16的厚度(未标示；参见图3A中的T16)处于本文所述范围的下限时，成角度的焊接区域30'可能尤其有用。形成成角α的焊接区域30'有助于确保焊接区域30'充分穿透进入刀片支撑体16并且包括在焊接区域30'、剃刀刀片18与刀片支撑体16之间所必要的接触区域以产生期望的焊接固持强度。焊接区域30'可形成在剃刀刀片18的刀片末端18a与后边缘18b之间的任何期望的位置处，例如，在剃刀刀片18的中心点处或附近，如上文相对于图2和图3A的焊接区域30所论述。焊接区域30'的相对于刀片支撑体16和剃刀刀片18的角α和位置应选择成使得焊接区域30'与刀片支撑体16的前表面16c间隔开，即焊接区域30'的任何部分不应接触前表面16c或延伸跨过或超过前表面16c。焊接区域30'与刀片支撑体16的前表面16c之间的接触可能会导致出现弱焊接，该弱焊接可能导致剃刀刀片18不期望地脱离刀片支撑体16。
为了进行比较，图5和图6分别是使用常规传导激光焊接工艺形成的剃刀刀片组件114的类似的顶视图和横剖面视图。剃刀刀片组件114包括联接到剃刀刀片118的刀片支撑体116。剃刀刀片118可基本上类似于图1至图4所示的剃刀刀片18，并且可包括刀片末端118a、后边缘118b、上表面118c、下表面118d、宽度W118和厚度T118。刀片支撑体116可基本上类似于图1至图4所示的刀片支撑体16，并且可包括上表面116a、下表面116b和厚度T116。
剃刀刀片118通过包括长度L130、宽度W130和深度D130的一个或多个常规焊接区域130接合到刀片支撑体116。焊接区域130可包括略微细长的形状，其中，长度L130大于宽度W130。然而，图5中的焊接区域130的长度与宽度的比率基本上小于图2中的焊接区域30的长度与宽度的比率。例如，与焊接区域30/30'的长度与宽度的比率大于约5:1相比，使用传导激光焊接形成的焊接区域130的长度与宽度的比率通常为约2:1。此外，图6中的焊接区域130的深度与宽度的比率明显小于图3A和图4中的焊接区域30的深度与宽度的比率。例如，与焊接区域30/30'的深度与宽度的比率大于约2:1相比，焊接区域130的深度与宽度的比率通常为约1:2。相对于宽度W130，焊接区域130相对少量地延伸进入刀片支撑体116。如本文更详细所述，为了使用传导激光焊接获得更深的焊接，通常必须相应地增加焊接区域130的宽度W130。例如，如图6所示，为了使用传导激光焊接获得深度D130'类似于图3A和图3B的焊接区域的深度D30的焊接区域130'(以虚线示出)(例如，深度D130'是深度D130的约两倍)，焊接区域130'的宽度W130'必须相应地增加(例如，至少翻倍)，形成非常宽的焊接区域130'。
不同于图3A和图4中的焊接区域30，图6中的焊接区域130的宽度W130沿着深度D130是不均匀的。具体地，焊接区域130可包括带有圆形壁的半圆形横剖面，该圆形壁朝向彼此向内弯曲，使得宽度W130基本上随着深度D130连续地减小。例如，焊接区域130的宽度W130可在剃刀刀片118的上表面118c处最大，并且可连续地减小到最大深度D130的点。可以看出，焊接区域130'的宽度W130'也同样如此。
参考图7，其示出用于执行键孔焊接的示例性激光扫描设备200(一些部件被放大以示出细节并且未按比例绘制)。由激光器204产生的激光束202通过连接到激光头208的输出光纤206传输。在一些示例中，激光器204可以是单模激光器。准直器210使由激光器204产生的激光束202准直以产生准直激光束203，并且透镜212使准直激光束203聚焦以产生聚焦激光束205。准直器210可任选地包括用于引导和移动准直激光束203的一个或多个致动器和/或镜(未示出)。透镜212可包括单元件透镜或多元件透镜。在一些示例中，透镜212可包括F-θ透镜，并且在一个具体示例中，透镜212可包括远心F-θ透镜。在其它示例中，透镜212可包括衍射光学元件或全息光学元件。
镜214联接到致动器220，使得镜214可平移和/或可旋转以将聚焦激光射束205引导到工件216、218并且沿由箭头A指示的焊接方向产生焊接区域230。致动器220可包括例如检流计镜扫描仪。致动器220致使镜214沿例如由箭头B指示的方向移动，这改变聚焦激光束205相对于工件216、218的角度和/或位置。在一些示例中，检流计镜扫描仪可包括2轴扫描仪或3轴扫描仪。尽管示出一个镜214，但应当理解，激光扫描设备200可包括两个或更多个镜214。此外，尽管示出一个致动器220，但应当理解，激光扫描设备200可包括两个或更多个致动器220，以使镜214能够围绕两条或更多条不同的轴线移动。激光扫描设备200还可包括成像系统222，该成像系统定位成监测工件216、218和焊接区域230的一个或多个参数。联接到气体供应源(未示出)的一个或多个喷嘴232可将诸如氦、氩或氮的保护气体引导到焊接区域230。应当理解，图7中示出的激光扫描设备200是一个示例，并且可使用其它合适的激光扫描设备。例如，图7示出前物镜扫描仪，但是也可以使用后物镜扫描仪，其中，透镜212位于镜214之前并且联接到伺服系统或其它致动器。
工件216、218可安装到台架224并且可相对于彼此固定在给定位置。下工件216可以是刀片支撑体，并且上工件218可以是剃刀刀片，其中，激光束205被引导到剃刀刀片218的上表面218c处。激光头208和/或台架224可任选地包括一个或多个相应的致动器226、228，该致动器使激光头208和/或台架224以及工件216、218能够沿X方向、Y方向和/或Z方向相对于彼此移动，以沿着剃刀刀片218推进激光束205。致动器226、228可包括例如线性马达、音圈或其它线性平移器。致动器226、228还可使激光头208和/或台架224以及工件216/218能够相对于彼此倾斜或枢转。尽管在图7中由箭头A指示的焊接方向示出为从左向右进行，但应当理解，激光扫描设备200可配置成使得沿任何期望的方向进行焊接，例如，沿延伸进入页面或延伸出页面的方向。
在一些示例中，激光头208可固定成使得激光头208不会相对于台架224和工件216、218移动，其中，台架224和工件216、218可相对于激光头208移动。在其它示例中，台架224和工件216、218可固定成使得台架224和工件216、218不会相对于激光头208移动，并且激光头208可相对于台架224和工件216、218移动，例如，激光头208可联接到可移动台架(未示出)。在另外的示例中，激光头208和台架224两者以及工件216、218均可以是可移动的，使得激光头208和台架224以及工件216、218可相对于彼此移动。
激光扫描设备200还可包括控制器234，该控制器电联接到激光扫描设备200的一个或多个部件。例如，如图7所示，控制器234联接到激光器204、成像系统222和致动器220、226。控制器234可以是控制系统的一部分，该控制系统接收与激光扫描设备200的一个或多个部件和/或工件216、218以及焊接区域230相关的数据并且控制激光扫描设备200的部件的运行。控制器234还可联接到例如致动器228和/或喷嘴232以及任何附加致动器或其它部件。激光扫描设备200可定位在激光焊接站点236处，其中，致动器228可包括移动带或链，该移动带或链将带有工件216、218的多个台架224进给进入激光焊接站点236以进行焊接。
控制器234可更改激光扫描设备200的一个或多个参数以控制焊接区域230的一个或多个特性。例如，激光器204可提供可调节的功率输出，该功率输出可通过改变到达激光器204的输入电压进行更改，这会更改激光束205的功率密度。在一些示例中，当激光束205沿着剃刀刀片218推进时，可将以第一功率输出(例如，在启动阶段期间)下的激光束205施加到剃刀刀片218以开始形成键孔，在此之后，可将第一功率输出减小到第二(较低)功率输出并且可将以第二功率输出的激光束205施加到剃刀刀片218以形成将剃刀刀片218接合到刀片支撑体216的焊接区域230(例如，在焊接阶段期间；同样参见图8)。第一功率输出可以例如比第二功率输出大介于约50％至约500％(±5％)之间。可根据需要重复这些步骤以形成一个或多个附加焊接区域230。
在一些示例中，多个焊接区域230可通过在剃刀刀片218的一端开始，然后在沿着剃刀刀片218的纵向长度(未示出；参见图1)延伸的方向上形成焊接区域230来形成。在其它示例中，可使用交替的焊接图案形成多个焊接区域230。在一些情况下，第一焊接区域可形成在剃刀刀片218的纵向中心或中点处，第二焊接区域可形成在第一焊接区域的右侧，第三焊接区域可形成在第一焊接区域的左侧，第四焊接区域可形成在第二焊接区域的右侧，第五焊接区域可形成在第三焊接区域的左侧，等等，直到已形成所需数量的焊接区域230。可根据需要使用其它交替的图案。使用交替的焊接图案可有助于更均匀地分布焊接产生的热量，这可减少刀片支撑体216和/或剃刀刀片218发生热变形。
也可以改变施加激光束的持续时间以获得期望的焊接区域230的长度和/或深度。例如，将具有第一功率输出的激光束205被施加到剃刀刀片218的第一时间段可不同于将具有第二功率输出的激光束205被施加到剃刀刀片218的第二时间段。第一时间段可介于约0.05毫秒(msec)至约0.20msec之间(±0.005msec)。在一些示例中，第二时间段可长于第一时间段，并且在一些具体示例中，第一时间段与第二时间段的比率大于约5:1(±0.1)。
激光扫描设备200的可进行调节的附加参数可包括焊接区域230内的扫描速度或速度曲线、焊接区域230之间的扫描速度或速度曲线、焦距F(参见图7)、激光束205相对于剃刀刀片218的上表面218c的角度(例如，以形成图4中示出的成角度的焊接区域30')、光斑大小、脉冲长度、保护气体类型和流速、脉冲功率或脉冲形状、或激光束参数乘积。可选择激光束205在焊接区域230内的扫描速度，以及施加激光束的持续时间，使得形成如例如图1、图3A和图3B所示的具有本文所述的特性的椭圆形或菱形焊接区域。例如，可选择激光束205的扫描速度和/或其它参数，使得焊接区域230的宽度沿着基本上整个深度是均匀的，如本文所述(图7中未示出；参见图3A和图3B中的附图标号W30和D30)。
在一些示例中，可以至少800mm/秒的速度沿着剃刀刀片218推进激光束205，并且在一些示例中，以至少1000mm/秒的速度推进。例如，在1000mm/秒的扫描速度下，可在0.70msec内形成(在第一功率输出为0.05msec至0.20msec，并且在第二功率输出为0.50msec至0.65msec)长度为0.70mm的焊接区域230。可选择多个焊接区域230之间的最高扫描速度，使得每个附加焊接区域230内的扫描速度是均匀的，并且使得尽最大程度地减少剃刀刀片218和刀片支撑体216发生热变形。在一些示例中，激光束205的扫描速度可在整个焊接工艺期间保持基本上恒定。在其它示例中，激光束205的扫描速度可在焊接工艺期间有所变化。例如，激光束205在焊接区域230内的扫描速度可不同于焊接区域230之间的扫描速度并且/或者激光束205在启动阶段期间(即，以第一功率输出)的扫描速度可不同于在焊接阶段期间(即，以第二功率输出)的扫描速度。
图8是图7的工件216、218与激光束205之间的界面的放大图，其中，提供了曲线图以示出激光器204的功率输出与焊接区域230的形成之间的对应关系。在键孔焊接期间使激光脉冲成形(例如，通过调制功率输出)可用于优化焊接区域230的参数。对于避免或尽最大程度地减少在焊接区域230的开始和/或末端处的金属产生凸起230a、230b，脉冲成形可能尤其有用，这些凸起可能由于例如在键孔焊接期间金属喷射和溅射而产生。在剃刀刀片218的上表面218c上方延伸的大凸起230a、230b可能会干扰剃刀刀片组件的堆叠和/或进给。因此，希望保持剃刀刀片218的上表面218c尽可能平坦(即，呈平面)并且基本上没有诸如毛刺、尖刺和其它凸起的凹凸不平。
可预期，经历较低功率的启动阶段，随后经历较高功率的焊接阶段的脉冲形状将会减少在焊接区域的开始和末端处发生凸起。然而，令人惊讶地发现，较低至较高脉冲形状产生的凸起在剃刀刀片的上表面上方延伸的量会干扰剃刀刀片组件的堆叠/进给。据发现，如图8所示，经历短持续时间、高功率启动阶段，随后经历较长持续时间、低功率焊接阶段的脉冲形状产生带有凸起230a、230b的焊接区域230，这些凸起不会干扰剃刀刀片组件的堆叠/进给。例如，通过按照图8中的参数进行的键孔焊接工艺产生的焊接区域包括在剃刀刀片的表面上方延伸不超过0.025mm，并且优选地不超过0.0075mm的凸起。
与使用常规传导激光焊接产生的深度相当的焊接区域相比，根据本公开产生的焊接区域表现出的焊接固持强度(即，在焊接之后将剃刀刀片从刀片支撑体分离所需的力的大小)更高。据发现，常规焊接区域(例如，图6中的焊接区域130)的固持强度显著小于根据本公开的焊接区域(例如，图3A、图3B和图4中的焊接区域30/30')的固持强度，其深度类似并且包括具有类似(或更小)表面区域的焊接结合部。使用根据本公开的键孔焊接方法产生的焊接区域可表现出比使用常规传导激光焊接产生的焊接区域的焊接固持强度大至少30％，或大至少50％的焊接固持强度。在一些示例中，使用常规传导激光焊接生产的剃刀刀片组件可表现出介于约120N至约150N之间的焊接固持强度，而根据本公开生产的相当的剃刀刀片组件可表现出约180N至200N的焊接固持强度。在一个示例中，包括使用常规传导激光焊接生产的焊接区域的常规剃刀刀片组件的焊接固持强度为146.65N(±8.04N)，并且包括根据本公开生产的焊接区域的剃刀刀片组件的焊接固持强度为191.28(±5.81N)。
通常，与传导激光焊接相比，根据本公开的键孔焊接产生更坚固的焊接并且通常更不易于受到工艺变化的影响。键孔焊接更快速且更有效，这能够实现更大的输出并降低成本，而且能够容许激光特性发生更多变化。一些常规技术利用焊接掩模来控制焊接区域的位置和/或充当散热器。键孔焊接的效率提高使得能够减少施加到工件的能量(即，热量)的总量，从而减少热变形并且不需要使用掩模。使用检流计镜扫描仪和其它精密扫描仪提供更精确且一致放置的激光束，而且进一步不需要使用掩模来限定焊接区域的放置。使用精密扫描仪还减少或不需要使用机械联动装置来移动激光头和/或工件台架，这些机械联动装置更易于发生故障，需要进行相当多的维护并且可能会导致发生焊接缺陷和焊接中断。
与使用常规传导激光焊接产生的焊接区域相比，根据本公开产生的焊接区域的深度与宽度的比率(例如，对于键孔焊接，大于约2:1，并且对于传导激光焊接，大于约1:1)高得多。增加通过传导激光焊接产生的焊接区域的深度需要增加熔化材料的总体积，每次增加焊接区域的深度通常需要增加同等宽度或增加更多宽度。实现这种深度增加所需的热量经常导致工件发生不可接受的热变形量。在采用键孔焊接的情况下，增加焊接区域的深度通常需要少量或不需要增加宽度，并且减少工件发生热变形。不同于依赖表面加热并且除了垂直于工件表面之外很少允许或不允许方向性的常规传导激光焊接，键孔焊接允许形成与工件表面成角度的精确焊接。
当制造剃刀刀片组件时，使用键孔焊接通常可提供更大的灵活性。使用常规传导激光焊接制成的剃刀刀片组件通常包括13个给定长度、宽度和深度的焊接区域并且具备给定的焊接固持强度。包括根据本公开的焊接区域的剃刀刀片组件可实现相当的焊接固持强度，例如具有更少量的更长、更深和/或成角度的总焊接区域，而不引起不期望的热变形量或显著增加焊接区域的宽度。键孔焊接可与例如较窄的剃刀刀片和/或刀片支撑体结合使用，这可允许每个剃刀刀片架安装更多数量的剃刀刀片组件。
图9和图10是示出根据本公开的将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的示例性方法的流程图。参考图9，将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的示例性方法300包括在步骤302处在剃刀刀片的上表面处引导功率输出可调节的激光束。在步骤304处，在沿着剃刀刀片推进激光束的同时，将以第一功率输出的激光束施加到剃刀刀片。步骤306包括将激光束的第一功率输出减小到第二功率输出，并且步骤308包括将以第二功率输出的激光束施加到剃刀以形成将剃刀刀片接合到刀片支撑体的焊接区域，在这之后，方法300可结束。
参考图10，将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的示例性方法400包括在步骤402处为激光扫描设备选择一个或多个参数的值，该参数包括光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率或激光束参数乘积中的至少一者。步骤404包括根据一个或多个所选择的值操作激光扫描设备以将激光束施加到剃刀刀片，并且步骤406包括产生接合剃刀刀片和刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的细长焊接区域，其中细长焊接区域包括以下中的至少一者：(i)大于约2:1的深度与宽度的比率，或(ii)大于约5:1的长度与宽度的比率，在此之后，该方法可结束。
上面描述的本公开的代表性实施方案可以描述如下：
A.一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，该方法包括：
●在剃刀刀片的上表面处引导功率输出可调节的激光束；以及
●在沿着剃刀刀片推进激光束的同时：
○将以第一功率输出的激光束施加到剃刀刀片；
○将激光束的第一功率输出减小到第二功率输出；以及
○将以第二功率输出的激光束施加到剃刀以形成将剃刀刀片接合到刀片支撑体的焊接区域。
B.根据段落A所述的方法，其中第一功率输出比第二功率输出大介于约50％至约500％之间。
C.根据段落A或B所述的方法，其中激光束以至少800mm/秒的速度沿着剃刀刀片推进。
D.根据段落A至C中任一项所述的方法，其中将具有第一功率输出的激光束施加到剃刀刀片持续第一时间段，该第一时间段介于约
0.05毫秒(msec)至约0.20msec之间。
E.根据段落D所述的方法，其中将具有第二功率输出的激光束施加到剃刀刀片持续大于第一时间段的第二时间段。
F.根据段落E所述的方法，其中第一时间段与第二时间段的比率大于约5:1。
G.根据段落A至F所述的方法，其中焊接区域包括椭圆形或菱形焊
接区域，该方法还包括：
●控制光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率或激光束参数乘积中的至少一者以形成椭圆形或菱形焊接区域。
H.根据段落A至G中任一项所述的方法，其中焊接区域包括宽度和
深度，该方法还包括：
●选择用于沿着剃刀刀片推进激光束的速度，使得焊接区域的宽度沿着基本上整个深度是均匀的。
I.根据段落A至H中任一项所述的方法，其中沿着剃刀刀片推进激
光束包括：
●将剃刀刀片和刀片支撑体固定在给定位置；以及
●移动激光束。
J.根据段落A至H中任一项所述的方法，其中沿着剃刀刀片推进激
光束包括：
●固定激光束；以及
●移动剃刀刀片和刀片支撑体。
K.根据段落A至H中任一项所述的方法，其中沿着剃刀刀片推进激
光束包括：
●移动激光束以及剃刀刀片和刀片支撑体全部。
L.根据权利要求A至K中任一项所述的方法，还包括：
●通过对每个附加焊接区域重复(a)-(c)来形成一个或多个附加焊接区域。
M.根据段落M所述的方法，还包括：
●选择每个附加焊接区域之间的最大扫描速度，使得每个附加焊接区域内的扫描速度是均匀的并且尽最大程度地减少热变形。N.根据段落A至M中任一项所述的方法，其中激光束由单模激光器
产生。
O.根据段落A至N中任一项所述的方法，还包括：
●使用F-θ透镜聚焦激光束。
P.根据段落O所述的方法，其中F-θ透镜是远心F-θ透镜。
Q.根据段落A至P中任一项所述的方法，还包括：
●使用单元件透镜或多元件透镜聚焦激光束。
R.根据段落A至Q中任一项所述的方法，还包括：
●使用衍射光学元件或全息光学元件聚焦激光束。
S.根据段落A至R中任一项所述的方法，还包括：
●折断剃刀刀片以提供介于约0.20mm至约1.50mm之间的末端至背刀片宽度。
T.一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，
该方法包括：
●为激光扫描设备选择一个或多个参数的值，该参数包括光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率或激光束参数乘积中的至少一者；
●根据一个或多个所选择的值操作激光扫描设备以将激光束施加到剃刀刀片；以及
●产生接合剃刀刀片和刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的细长焊接区域，其中该细长焊接区域包括以下中的至少一者：(i)大于约2:1的深度与宽度的比率，或(ii)大于约5:1的长度与宽度的比率。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
除非明确排除或以其他方式限制，本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出各种其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims (15)

1.一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，所述方法包括：
在所述剃刀刀片的上表面处引导功率输出可调节的激光束；以及
在沿着所述剃刀刀片推进所述激光束的同时：
a)将以第一功率输出的所述激光束施加到所述剃刀刀片；
b)将所述激光束的所述第一功率输出减小到第二功率输出；以及
c)将以所述第二功率输出的所述激光束施加到所述剃刀以形成将所述剃刀刀片接合到所述刀片支撑体的焊接区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一功率输出比所述第二功率输出大介于约50％至约500％之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述激光束以至少800mm/秒的速度沿着所述剃刀刀片推进。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将具有所述第一功率输出的所述激光束施加到所述剃刀刀片持续第一时间段，所述第一时间段介于约0.05毫秒(msec)至约0.20msec之间，并且其中将具有所述第二功率输出的所述激光束施加到所述剃刀刀片持续大于所述第一时间段的第二时间段。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中第一时间段与第二时间段的比率大于约5:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述焊接区域包括椭圆形或菱形焊接区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：
控制光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率或激光束参数乘积中的至少一者以形成椭圆形或菱形焊接区域。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述焊接区域包括宽度和深度，所述方法还包括：
选择用于沿着所述剃刀刀片推进所述激光束的速度，使得所述焊接区域的所述宽度沿着整个所述深度基本上是均匀的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中沿着所述剃刀刀片推进所述激光束包括：
将所述剃刀刀片和所述刀片支撑体固定在给定位置并移动所述激光束，固定所述激光束并移动所述剃刀刀片和所述刀片支撑体，或移动所述激光束以及所述剃刀刀片和所述刀片支撑体全部。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
通过对每个附加焊接区域重复(a)-(c)来形成一个或多个附加焊接区域。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
选择每个附加焊接区域之间的最大扫描速度，使得所述每个附加焊接区域内的扫描速度是均匀的并且尽最大程度地减少热变形。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激光束由单模激光器产生。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用F-θ透镜、单元件透镜、多元件透镜、衍射光学元件或全息光学元件聚焦所述激光束。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
折断所述剃刀刀片以提供介于约0.20mm至约1.50mm之间的末端至背刀片宽度。
15.一种将剃刀刀片接合到刀片支撑体以形成剃刀刀片组件的方法，所述方法包括：
a)为激光扫描设备选择一个或多个参数的值，所述参数包括光斑大小、扫描速度曲线、脉冲长度或保护气体类型和流速、脉冲功率或激光束参数乘积中的至少一者；
b)根据一个或多个所选择的值操作所述激光扫描设备以将激光束施加到所述剃刀刀片；以及
c)产生接合所述剃刀刀片和所述刀片支撑体以形成所述剃刀刀片组件的细长焊接区域，其中所述细长焊接区域包括以下中的至少一者：(i)大于约2:1的深度与宽度的比率，或(ii)大于约5:1的长度与宽度的比率。
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