CN217493063U - 激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光焊接设备，其中，激光焊接设备包括激光发射装置、磁场产生装置以及磁场控制装置，所述激光发射装置用于发射焊接激光，所述激光发射装置的出射端的延伸方向上形成有焊接区；所述磁场产生装置设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述磁场产生装置用于产生磁场，且所述磁场覆盖所述焊接区；所述磁场控制装置与所述磁场产生装置连接，所述磁场控制装置用于控制所述磁场产生装置产生的磁场方向进行反转。本实用新型技术方案能够去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，提高焊接强度和质量。

Description

激光焊接设备

技术领域

本实用新型涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种激光焊接设备。

背景技术

近十年来，激光焊接有了长足的发展，特别是在汽车、钣金加工、以及新能源锂电池生产等领域，为金属材料加工提供了更快、更灵活、更精确的方案，取得了很好的效果。

在使用激光焊接金属材料时，因焊弧热而熔化成池状的母材部分形成熔池，激光光束的能量汇聚到金属材料一个相对较小的点上，该高数量级的入射功率密度可以在极短的时间内使加热区的金属汽化，从而在液体熔池中形成匙孔。金属材料在匙孔焊接形态下，随着匙孔内的等离子气与液体金属的表面张力和重力平衡，匙孔焊接区域容易形成气泡等孔隙，此情况将导致金属材料的焊接区域的强度降低，严重影响焊接质量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种激光焊接设备，旨在去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，提高焊接强度和质量。

为实现上述目的，本实用新型提出一种激光焊接设备，所述激光焊接设备包括：

激光发射装置，所述激光发射装置用于发射焊接激光，所述激光发射装置的出射端的延伸方向上形成有焊接区；

磁场产生装置，所述磁场产生装置设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述磁场产生装置用于产生磁场，且所述磁场覆盖所述焊接区；

磁场控制装置，所述磁场控制装置与所述磁场产生装置连接，所述磁场控制装置用于控制所述磁场产生装置产生的磁场方向进行反转。

可选地，所述激光产生装置包括第一磁体和第二磁体；

所述第一磁体和所述第二磁体分别位于所述焊接区域的两边，且所述第一磁体和所述第二磁体异极相对，以在所述第一磁体和所述第二磁体之间产生磁场。

可选地，所述第一磁体和所述第二磁体均为电磁体，所述磁场控制装置包括第一电源和第二电源；

所述第一电源与所述第一磁体电性连接，所述第二电源与所述第二磁体电性连接；

所述第一电源和所述第二电源用于同步切换所述第一磁体和所述第二磁体的电流方向，以使所述第一磁体和所述第二磁体相对两端的极性反转。

可选地，所述第一磁体和所述第二磁体均为永磁体，所述磁场控制装置包括第一旋转驱动件和第二旋转驱动件；

所述第一旋转驱动件与所述第一磁体传动连接，所述第二旋转驱动件与所述第二磁体传动连接；

所述第一旋转驱动件和所述第二旋转驱动件用于驱动所述第一磁体和所述第二磁体同步转动，以使所述第一磁体和所述第二磁体相对两端的极性反转。

可选地，所述激光焊接设备还包括移动平台，所述移动平台设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述移动平台上形成且所述焊接区。

可选地，所述第一磁体和所述第二磁体位于所述移动平台所在平面的同一侧；或者，

所述第一磁体和所述第二磁体分别位于所述移动平台所在平面的两侧。

可选地，所述移动平台所在的平面与所述激光发射装置的焊接激光的出射方向垂直；

所述移动平台上设置有移动模组，所述移动模组用于驱动所述移动平台沿垂直于所述焊接激光的出射方向移动。

可选地，所述激光焊接设备还包括第一驱动模组，所述第一驱动模组与所述激光发射装置传动连接，所述第一驱动模组用于驱动所述激光发射装置移动。

可选地，所述激光焊接设备还包括第二驱动模组，所述第二驱动模组与所述磁场产生装置传动连接，所述第二驱动模组用于驱动所述磁场产生装置与所述激光发射装置同步移动。

可选地，所述激光发射装置发射的焊接激光为蓝光激光。

本实用新型技术方案中，在通过激光发射装置对金属工件进行焊接的同时，还通过磁场产生装置在焊接区产生磁场，并通过磁场控制装置控制磁场方向进行周期性反转，进行辅助焊接。通过不断变化的、周期性反转的外置磁场，可以有效地对液相熔池进行搅拌，使得液相熔池中的气泡得到周期性的扰动，在金属液相转变成固相前完全释放出来，从而去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，能够提高焊接强度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型激光焊接设备一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型激光焊接设备中第一磁体和第二磁体一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型激光焊接设备中第一磁体和第二磁体另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型激光焊接设备中第一磁体和第二磁体又一实施例的结构示意图；

图5为图1激光焊接设备的焊接方向示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	焊接头	22	第二磁体
20	磁场产生装置	30	磁场控制装置
				21	第一磁体	40	工件

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型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，若本实用新型实施例中有涉及“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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种激光焊接设备。

在本实用新型实施例中，如图1所示，该激光焊接设备包括激光发射装置、磁场产生装置20以及磁场控制装置30，所述激光发射装置用于发射焊接激光，所述激光发射装置的出射端的延伸方向上形成有焊接区；所述磁场产生装置20设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述磁场产生装置20用于产生磁场，且所述磁场覆盖所述焊接区；所述磁场控制装置30与所述磁场产生装置20连接，所述磁场控制装置30用于控制所述磁场产生装置20产生的磁场方向进行反转。

具体地，激光发射装置包括激光器(未图示)和焊接头11，焊接头11设置于激光器的出射端。激光器用于产生焊接激光，焊接头11用于传输激光的能量并对光斑进行聚焦，从而将焊接激光聚焦在金属工件40表面，焊接头11还可以吹各种保护气体。焊接时，将金属工作放置于焊接区，并控制激光发射装置发射焊接激光，焊接激光照射于金属工件40上，使金属工件40的焊接部位熔融，从而可实现焊接目的。

具体地，金属工件40的焊接方式包括两种。第一种是两个金属工件40并排放置于同一平面，需要对两个金属工件40的端面进行焊接，焊接时，需要将两个金属工件40的端面相互贴合，并将激光发射装置发射的焊接激光对准两个金属工件40的贴合端面形成的焊缝，通过焊接激光将两个金属工件40的端面熔融在一起，其中，两个金属工件40的熔池深度与两个金属工件40贴合面的厚度相等。第二种是两个金属工件40上下叠放，需要对两个金属工件40的侧面进行焊接，焊接时，需要将两个金属工件40的侧面相互贴合，并将激光发射装置发射的焊接激光沿叠放方向由上至下照射，焊接激光穿透上层金属工件40并达到下层金属工件40，两个金属工件40的贴合侧面形成焊缝，通过焊接激光将两个金属工件40的侧面熔融在一起，其中，下层金属工件40的熔池深度为焊接激光穿过上层金属工件40后在下层金属工件40所形成的光斑的直径。

本实施例中，通过激光发射装置发射焊接激光(如图中L所示)对金属工件40进行焊接，在金属工件40表面形成熔池(如图中C所示)，同时，还通过磁场产生装置20在焊接区产生磁场(如图中B所示)，并通过磁场控制装置30控制磁场方向进行周期性反转，进行辅助焊接。通过磁场控制装置30向磁场产生装置20发送周期性的脉冲信号，可以周期性地改变磁场的方向，另外，通过控制脉冲信号的强度，可调整磁场的强度。通过不断变化的、周期性反转的外置磁场，可以有效地对液相熔池进行搅拌，使得液相熔池中的气泡得到周期性的扰动，在金属液相转变成固相前完全释放出来，从而去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，能够提高焊接强度和质量。

在一实施例中，请参阅图1，所述激光产生装置包括第一磁体21和第二磁体22；所述第一磁体21和所述第二磁体22分别位于所述焊接区域的两边，且所述第一磁体21和所述第二磁体22异极相对，以在所述第一磁体21和所述第二磁体22之间产生磁场。

本实施例中，第一磁体21和第二磁体22位于同一直线上，第一磁体21和第二磁体22间隔设置并分别位于金属工件40的焊缝两边，且第一磁体21的N极和第二磁体22的S极相对，如此，由第一磁体21N极发出的磁力线收入于第二磁体22的S极，从而在金属工件40的焊缝处形成磁场。通过磁场控制装置30不断调整磁场的方向，形成周期性反转的外置磁场，可以有效地对液相熔池进行搅拌，使得液相熔池中的气泡得到周期性的扰动，在金属液相转变成固相前完全释放出来，从而去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，能够提高焊接强度和质量。

在一实施例中，请参阅图1，所述第一磁体21和所述第二磁体22均为电磁体，所述磁场控制装置30包括第一电源和第二电源；所述第一电源与所述第一磁体21电性连接，所述第二电源与所述第二磁体22电性连接；所述第一电源和所述第二电源用于同步切换所述第一磁体21和所述第二磁体22的电流方向，以使所述第一磁体21和所述第二磁体22相对两端的极性反转。

本实施例中，由于第一磁体21和第二磁体22均为电磁体，对第一磁体21和第二磁体22形成的磁场方向进行周期性反转，可通过电控方式实现。电磁体的结构包括磁芯以及包绕于磁芯外部的线圈，在线圈通电时，线圈有电流流过，从而产生磁场。通过改变流过线圈的电流方向，可改变磁场的方向，也即改变电磁体的磁极方向。通过第一电源控制第一磁体21的线圈流过的电流方向进行周期性切换，并通过第二电源控制第二磁体22的线圈流过的电流方向进行周期性切换，可控制第一磁体21和第二磁体22相对两端的极性进行周期性反转，从而控制磁场方向进行周期性反转。

在一实施例中，所述第一磁体21和所述第二磁体22均为永磁体，所述磁场控制装置30包括第一旋转驱动件和第二旋转驱动件；所述第一旋转驱动件与所述第一磁体21传动连接，所述第二旋转驱动件与所述第二磁体22传动连接；所述第一旋转驱动件和所述第二旋转驱动件用于驱动所述第一磁体21和所述第二磁体22同步转动，以使所述第一磁体21和所述第二磁体22相对两端的极性反转。

本实施例中，由于第一磁体21和第二磁体22均为永磁体，对第一磁体21和第二磁体22形成的磁场方向进行周期性反转，可通过驱动控制方式实现。第一驱动件和第二驱动件可为电机和传动件的组合，通过第一驱动件控制第一磁体21的进行周期性转动，并通过第二驱动件控制第二磁体22进行周期性转动，可控制第一磁体21和第二磁体22相对两端的极性进行周期性反转，从而控制磁场方向进行周期性反转。

在一实施例中，所述激光焊接设备还包括移动平台(未图示)，所述移动平台设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述移动平台上形成且所述焊接区。

本实施例中，移动平台用于承载金属工件40，对金属工件40进行支撑，以方便对金属工件40进行焊接。同时，由于移动平台可移动，从而能够调整金属工件40的位置，以配合不同的焊接部位，可满足不同的焊接需要。

在一实施例中，所述第一磁体21和所述第二磁体22位于所述移动平台所在平面的同一侧；或者，所述第一磁体21和所述第二磁体22分别位于所述移动平台所在平面的两侧。

需要说明的是，图1中Z方向为上下方向，Y方向为左右方向，X方向为前后方向，下面关于方向和坐标的描述可参照图1所示。本实施例中，根据实际使用需求，可选择将第一磁体21和第二磁体22设置于移动平台的不同位置。比如，将第一磁体21和第二磁体22同时设置在移动平台的下方(如图2所示)，或者，将第一磁体21和第二磁体22同时设置在移动平台的上方(如图3所示)，或者，将第一磁体21和第二磁体22中的一个设置在移动平台的上方、另一个设置在移动平台的下方(如图4所示)。其中，上述任一设置，第一磁体21和第二磁体22都需分布在金属工件40的焊缝两边。

在一实施例中，所述移动平台所在的平面与所述激光发射装置的焊接激光的出射方向垂直；所述移动平台上设置有移动模组，所述移动模组用于驱动所述移动平台沿垂直于所述焊接激光的出射方向移动。

本实施例中，移动模组可包括驱动移动平台沿X方向移动的X轴移动模组和驱动移动平台沿Y方向移动的Y轴移动模组。移动模组可采用电机和丝杆组件的组合。通过移动模组驱动移动平台在XY平面移动，可调整移动平台上金属工件40的位置，以配合不同的焊接部位，可满足不同的焊接需要。

在一实施例中，请参阅图5，所述激光焊接设备还包括第一驱动模组(未图示)，所述第一驱动模组与所述激光发射装置传动连接，所述第一驱动模组用于驱动所述激光发射装置移动。

本实施例中，第一驱动模组可采用电机和丝杆组件的组合。通过第一驱动模组驱动激光发射装置沿预设的焊接方向移动(如图5中箭头a所示)，使得焊接激光能够沿金属工件40的焊缝的延伸方向移动，从而实现对金属工件40的焊接。

在一实施例中，请参阅图5，所述激光焊接设备还包括第二驱动模组(未图示)，所述第二驱动模组与所述磁场产生装置20传动连接，所述第二驱动模组用于驱动所述磁场产生装置20与所述激光发射装置同步移动。

本实施例中，第二驱动模组可采用电机和丝杆组件的组合。通过第二驱动模组驱动磁场产生装置20沿预设的焊接方向跟随激光发射装置同步移动(如图5中箭头b所示)，可使磁场跟随熔池的位置变化而同步移动，保证当前焊接部位处的熔池始终处于磁场范围内，以通过周期性反转的磁场，有效地对液相熔池进行搅拌，使得液相熔池中的气泡得到周期性的扰动，在金属液相转变成固相前完全释放出来，从而去除焊接熔池中的气泡，形成无气孔的焊缝，能够提高焊接强度和质量。

在一实施例中，所述激光发射装置发射的焊接激光为蓝光激光。

目前常用的CO2激光(波长在9.3-10.6um之间)以及光纤激光(波长为1064nm)焊接金属时会出现飞溅等问题，这些问题不但会影响焊接的外观，也会严重影响焊接的质量。飞溅是激光焊接中的一种常见现象。激光焊接金属材料的原理是激光加热材料，材料开始熔化，形成熔池，熔池形成后，吸收率变高，形成极窄的小孔，小孔内形成气态和等离子云，随着能量的进一步注入，导致小孔焊缝内发生微小爆炸，产生飞溅。特别是在采用光纤激光(波长为1064nm)进行金属焊接时，飞溅会损坏聚焦光学元件，附着在工件40或零件、机器的表面，尤其是在焊接PCB(FPC)上面的金属材料时，飞溅会烫伤PCB板，造成电路的短路，对于精密焊(比如3C领域精密焊接)，飞溅对周围电路或器件造成的污染或损坏是不可接受的。飞溅熔珠和残留物需要进行后续处理或清洗，增加了额外工序和加工成本。总的来说，焊接飞溅不仅影响焊缝质量，污染焊件表面，清理飞溅造成的污染增加额外工序、成本和宝贵的时间。

然而，对于焊接过程中飞溅有严格限制的环境，以及有色金属，特别是铜等高反射金属材料的加工，红外光束不太适合。一个根本原因是在这个波长范围内，有色金属对激光的吸收很低，需要很高的功率用以补偿因材料反射损失造成的能量损失，则以情况也造成了被焊工件40有较大的热影响区(HAZ)以及伴随的飞溅现象的残生。通过改变操作参数，如摆动或移动激光器来控制能量注入模式，可以控制(但不能消除)飞溅，但也会导致焊接速度减慢和焊接深度变浅。产生这些问题的根本原因都是由于金属对该波长的低吸收率造成的，因此选择合适的波长，如蓝光波长(波长为450nm)，可以有效地解决这一问题。采用蓝光激光(波长在430-460nm之间)，提高材料对激光的吸收率，可以有效地减少等离子体反冲压力所形成的微爆，避免飞溅的产生。

本实用新型在进行金属，特别是有色金属焊接时，采用的是蓝光激光(波长在430-460nm之间)。采用蓝光波长可提高材料对激光的吸收率，可以有效地减少等离子体反冲压力所形成的微爆，避免飞溅的产生。因此，本激光焊接设备适用于对金属工件40进行焊接，特别是对有色金属如铜和铝等高反射金属材料的加工。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括：

激光发射装置，所述激光发射装置用于发射焊接激光，所述激光发射装置的出射端的延伸方向上形成有焊接区；

磁场产生装置，所述磁场产生装置设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述磁场产生装置用于产生磁场，且所述磁场覆盖所述焊接区；

磁场控制装置，所述磁场控制装置与所述磁场产生装置连接，所述磁场控制装置用于控制所述磁场产生装置产生的磁场方向进行反转。

2.如权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光产生装置包括第一磁体和第二磁体；

所述第一磁体和所述第二磁体分别位于所述焊接区的两边，且所述第一磁体和所述第二磁体异极相对，以在所述第一磁体和所述第二磁体之间产生磁场。

3.如权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体均为电磁体，所述磁场控制装置包括第一电源和第二电源；

所述第一电源与所述第一磁体电性连接，所述第二电源与所述第二磁体电性连接；

所述第一电源和所述第二电源用于同步切换所述第一磁体和所述第二磁体的电流方向，以使所述第一磁体和所述第二磁体相对两端的极性反转。

4.如权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体均为永磁体，所述磁场控制装置包括第一旋转驱动件和第二旋转驱动件；

所述第一旋转驱动件与所述第一磁体传动连接，所述第二旋转驱动件与所述第二磁体传动连接；

所述第一旋转驱动件和所述第二旋转驱动件用于驱动所述第一磁体和所述第二磁体同步转动，以使所述第一磁体和所述第二磁体相对两端的极性反转。

5.如权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备还包括移动平台，所述移动平台设置于所述激光发射装置的出射端的延伸方向上，所述移动平台上形成且所述焊接区。

6.如权利要求5所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体位于所述移动平台所在平面的同一侧；或者，

所述第一磁体和所述第二磁体分别位于所述移动平台所在平面的两侧。

7.如权利要求5所述的激光焊接设备，其特征在于，所述移动平台所在的平面与所述激光发射装置的焊接激光的出射方向垂直；

所述移动平台上设置有移动模组，所述移动模组用于驱动所述移动平台沿垂直于所述焊接激光的出射方向移动。

8.如权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备还包括第一驱动模组，所述第一驱动模组与所述激光发射装置传动连接，所述第一驱动模组用于驱动所述激光发射装置移动。

9.如权利要求8所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备还包括第二驱动模组，所述第二驱动模组与所述磁场产生装置传动连接，所述第二驱动模组用于驱动所述磁场产生装置与所述激光发射装置同步移动。

10.如权利要求1至9中任一项所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光发射装置发射的焊接激光为蓝光激光。

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