TW201943488A - 用於雷射熔接的方法及設備 - Google Patents

用於雷射熔接的方法及設備 Download PDF

Info

Publication number
TW201943488A
TW201943488A TW108111838A TW108111838A TW201943488A TW 201943488 A TW201943488 A TW 201943488A TW 108111838 A TW108111838 A TW 108111838A TW 108111838 A TW108111838 A TW 108111838A TW 201943488 A TW201943488 A TW 201943488A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
laser
workpiece
nozzle
gas
molten bath
Prior art date
Application number
TW108111838A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI820110B (zh
Inventor
奧利佛 弗斯特
彼得 卡立吉
楊 舒特勒
Original Assignee
德商羅芬辛拿雷射有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商羅芬辛拿雷射有限公司 filed Critical 德商羅芬辛拿雷射有限公司
Publication of TW201943488A publication Critical patent/TW201943488A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI820110B publication Critical patent/TWI820110B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
    • B23K26/1436—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means for pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)

Abstract

本發明係關於一種對工件(W)之雷射熔接方法，其中對準一工件表面之雷射光束(L)具有一雷射強度，使至少一需熔接之工件(W)在雷射焦點區之工件材料熔解，且在雷射焦點(F)區形成一蒸汽毛細管(D)，至少局部被一流動熔浴(S)包圍。雷射光束(L)在進給方向(V)相對於工件表面運動，產生熔接縫。在本發明中，以一朝向工件表面之氣流(G)衝擊熔浴(S)，施加機械負荷，在熔接過程中穩定熔浴。本發明進一步係關於一種執行本發明方法之設備(1)。

Description

用於雷射熔接的方法及設備
本發明係關於一種用於雷射熔接之方法及設備。
本發明尤係關於一種用於雷射熔接工件之方法，其中一雷射光束對準一工件表面，其光束強度使至少一需熔接之工件在一雷射焦點區熔解。在雷射焦點區形成一蒸汽毛細管，其至少局部被一流動熔浴包圍。雷射焦點在一進給方向相對於工件表面運動，產生一熔接縫。
本發明進一步係關於一種用於雷射熔接之設備，具有一承載器，其承載至少一需熔接之工件，一雷射源，及一雷射光學器件(Optik)，其產生一對準工件表面一雷射焦點之雷射光束，及具有一氣體供應，產生一氣流，對準該至少一工件之表面。至少雷射光學器件及承載器安裝成可相互運動，使雷射焦點至少在該工件表面之至少一區段可在進給方向被導引。
雷射熔接，亦即一或多件特別是金屬工件藉雷射光束之助以熔接，係屬習知技藝。一般以一雷射光束照射及聚焦於一工件表面，使工件材料在雷射焦點區 小範圍熔解。雷射光束一般具有高照射強度，在雷射焦點區域造成熔接毛細管或蒸汽毛細管(英文：keyhole，鍵孔)，供金屬蒸汽逸出。蒸汽毛細管至少邊緣被流動熔液包圍。雷射光束對工件表面移動，俾便形成一熔接縫。
以雷射光束熔接時，通常將一種惰氣施放在熔接毛細管附近，例如氦(He)、氬(Ar)，或氮(N2)，目的是排擠環境空氣，特別是排擠空氣中之氧氣，避免熔接縫氧化。為此，通常以一對工件表面成低角度之噴嘴施放惰氣。噴嘴一般產生一種保護氣流或惰氣氣流，對工件表面成0°-30°之角度延伸。在應用例中，若雷射光束垂直於工件表面，這相當於對照射方向或雷射光學器件之光學軸線成60°-90°之角度，光學器件將雷射光束聚焦於工件表面，或至少聚焦於靠近工具表面之一區域。在各種情況，氣體供應都設計成在熔浴位置不產生動壓(Staudruck)，或僅產生微小動壓。此一般經由對提供惰氣氣流之噴嘴適當對準及適當尺寸設計達成。其目的為盡可能不影響熔浴。
由於對不同波長之不同吸收特性，特別在光纖導引之雷射系統上出現嚴重問題，如噴濺(Spritzer)、疏孔，及隨伴之質量損失，負面影響熔接縫之品質。為應對此問題，已有多種不同措施，其例如立足於修正在工件表面之強度分布，例如使用多重焦點，雙點，或類似措施。
另一種做法基本由Fabbro等人在「釹-釔鋁石榴石連續波形(Nd-Yag CW)雷射熔接中感應蒸汽團與 熔池間動態耦合之實驗研究」中提出，見於Journal of Physics D：Applied Physics,Vol.39(2006),S.394-400。除研究毛細管壁(Keyhole wall)方向與範圍外，在極低進給速度下擾流熔浴被一惰氣氣流衝擊，達到穩定，該惰氣氣流以大約45°角打擊工件表面。
然而由Fabbro等人之論文：「深穿透雷射熔接之熔解池及鍵孔行為分析」，Journal of Physics D：Applied Physics,Vol.43(2010),S.445-501，可知，在深穿透熔接過程中形成之熔浴之液動行為高度取決於雷射焦點對工件表面運動之進給速度。在5m/min以下之較低進給速度區存在所謂之「羅森塔(Rosenthal)特性」，該特性之特徵為一具有強烈表面波動之相對較大之熔浴。在其他區域，特別是在較高進給速度及熔接速度時，流動關係顯著受其他物理效應影響。是則蒸汽毛細管與熔浴之聯結系統之液動行為與「羅森塔(Rosenthal)特性」有本質上的不同。
本發明之目的在於提出改善雷射熔接所產生之熔接縫品質之方法，可用於廣泛熔接速度及進給速度範圍。
前述目的在本方法中係藉由一種具有請求項1所述特徵之雷射熔接法達成。
在設備方面，前述目的係藉由一種具有請求項7所述特徵之雷射熔接設備達成。
本發明之有利實施例見於附屬請求項。
在一對工件做雷射熔接之方法中，一雷射光束照射一工件表面。雷射光束具有之光束強度使至少一需熔接之工件之工件材料在一雷射焦點區熔解。在雷射焦點區形成一熔接毛細管或蒸汽毛細管(“Keyhole”，鍵孔)，其至少局部，特別是周緣，被一流動熔浴包圍。雷射焦點相對於工件表面在一進給方向運動，產生一熔接縫。根據本發明，熔浴在熔解過程中被一衝擊工件表面之氣體流施加機械負荷，獲得穩定。
本發明之核心認識在於，一熔浴之機械負荷，亦即在熔接過程中在熔浴上之力量作用，以驚人方式對熔接過程產生穩定作用。此特別造成較少噴濺、疏孔，及隨伴之質量損失。產生之熔接縫品質可決定性地提高，作法為以別於現今技術之方式使用氣體衝擊，對熔浴施加一不可忽略之力。在現今之熔接法中，惰氣及保護氣流之布設及對準雖然排擠雷射焦點近場周圍之氧氣，然而卻同時排除惰氣對熔浴之影響。
以氣體基本朝光束軸線方向及朝配置給雷射光束之一光學軸線方向衝擊，特別能達到對熔浴之機械負荷。根據熔接連接之接合方式(Stoβart)，適合以一陡角衝擊熔浴，例如朝一不偏離或僅少許偏離在雷射焦點位置垂直於工件表面之面法線方向。目的為施加一不可忽視之力量。
衝擊工件之氣體例如係一保護氣體或非活性氣體，如一種稀有氣體，特別是氦氣(He)或氬氣(Ar)，或一種氣體，例如氮氣(N2)。在其他應用領域，特別是 若熔接縫無氧化問題，或氧化問題無足輕重，則以壓縮空氣或氧氣(O2)衝擊熔浴。
在此規格範疇內，雷射焦點位置或區域特別應理解為基本包含雷射光束照射在工件表面之區域。特別是在雷射熔接板材時，通常將雷射光束聚焦於一略為高於或低於工件表面之聚焦點。因而在此情況，在工件表面存在一收斂或發散之照射場。換言之，倘若照射場在一聚焦點有最小截面範圍，該聚焦點對工件表面略為保持距離，特別是保持若干板材厚度之距離，此情況亦在本發明之範疇內。
根據本發明，雷射光束在進給方向相對於工件表面以一進給速度運動，並根據進給速度調整衝擊工件之氣流之液動動壓，使液動動壓至少為參考動壓之一半、至多四倍，該參考動壓係對進給速度比例選取。參考動壓ps對進給速度vw之關係如後：ps=k×vw，其中比例因數k在SI單位系統為k=7.2×103pas/m。換言之，以Pascal為單位之參考動壓ps為以m/min(米/分)為單位之進給速度vw之120倍。以此計量之氣流能使多種不同應用例中之熔浴穩定。
在設計中，藉由一在進給方向或與進給方向相反之氣流以氣體衝擊熔浴。供應之氣流之流動方向對雷射光束之光學軸線成一角度，小於35°。在此意義上，特別提出，設置一提供氣流之噴嘴，其對工件表面相對較陡，俾便施加一朝向熔浴表面之力。
雷射光束之光學軸線特別由一聚焦雷射光束 之雷射光學器件之幾何定義。
在設計中，藉由一在進給方向之氣流以氣體衝擊熔浴，氣流對光學軸線之角度小於10°。在一可能應用例中，當雷射光束垂直於一需熔接之工件之表面時，氣流之流動方向以一最多10°之角度「刺入」進給方向。
替代或補充做法是，藉由一與進給方向相反之氣流以氣體衝擊熔浴，亦即「拉拽」。與進給方向相反之「拉拽」衝擊對雷射光束之光學軸線之角度以低於30°為佳。
在進一步實施中，藉由至少一在進給方向之氣流及至少一與進給方向相反之氣流同時以氣體衝擊熔浴。在此關係中特別設置成，氣體供應至少具有二噴嘴，分別在進給方向及在進給方向之逆向提供氣流。
在設計中，基本在雷射光束方向及光學軸線方向以氣體衝擊熔浴。特別是雷射光垂直照射在工件表面時，以氣體垂直於工件表面衝擊熔浴，亦即在雷射焦點位置之面法線方向。
在設計中，雷射光束至少近似垂直於工件表面，亦即在雷射焦點位置之面法線方向。在此情況下，雷射光束對工件表面照射方向偏離雷射焦點位置面法線以小於5°為佳。
亦可與此不同，例如在一需建立之填角熔接縫(Kehlnaht)上雷射光束亦可對工件表面偏離一較大角度。
在設計中，以對雷射光束照射方向同軸之氣體對工件表面衝擊。對此類設計特別使用之雷射熔接設備，其氣體供應定義流動方向，對一雷射光學器件之光學軸線同軸延伸，而光學器件使雷射光束在照射方向朝向工件表面。此類實施例有利地具有明確之方向獨立性，這是由於特別在須建立之非線性熔接縫上，提供氣流之噴嘴無須在進給方向或進給方向之相反方向作昂貴之重新定向。
在設計中，氣流在工件表面對準圍繞雷射焦點之一區域，其半徑最大為氣流噴嘴之噴口直徑之兩倍。換言之，氣流刻意對準工件表面一有限區域，包含流動融液之熔浴即位於其中，俾便特別是對其表面施加一力。氣流刻意對準包圍雷射焦點之區域，此足以確保與氣流之交互作用不僅僅限於導偏在蒸汽毛細管區域可能形成之電漿羽狀體(Plasmafahne)。氣流在熔浴區堵塞並在該處形成一顯著堵塞點。
在設計中，設置成氣流具有一容積流，其特別適配氣體供應之流動截面。流動截面例如被一氣流噴嘴之噴口直徑限制。通過流動截面之氣流量一般決定準則為能夠一方面在熔浴上產生一不可忽略之力，另一方面至少進一步避免將材料排出熔浴。
在設計中，氣流量之計量係假設密度ρ的液動動壓pd由氣體流速vg根據公式pd=½ρ×vg 2決定。此外在設計中假設流速vg根據vg=VS/A產生，亦即由氣流之容積流率VS除以流動截面產生。流動截面例如由一噴嘴之特別是 可調噴嘴開口大小決定，或由一節流閥之特別是可調流量開口決定，又或由一氣流通過之限流閥決定。
在設計中，進給速度高於5m/min，特別是至少6m/min。前述措施特別適於改善其熔浴不存在形成所謂羅森塔(Rosenthal)特性之液動行為之熔接過程。
為實施前述方法構建一種雷射熔接設備。此特別用於深熔接之雷射熔接設備包括一承載器，用於至少一需熔接之工件，一雷射源，特別是光纖導引之雷射、氣體雷射、固態雷射或光纖雷射，及一雷射光學器件，用以產生照射工件表面之雷射光束，及一氣體供應，特別是以一或多個噴嘴，用以產生一指向至少一工件表面之氣流。至少雷射光學器件及承載器安裝成可相互移動，使雷射光束至少可沿工件表面之一區段在進給方向被導引。根據本發明，氣體供應設計成以氣體衝擊在一雷射焦點區域形成之熔浴，施加機械負荷。此在熔接過程上帶來之有利效應可直接由前述對相應雷射熔接法之說明知曉，此處不再贅述。
在設計中，提供氣流之氣體供應具有至少一噴嘴，在工件上指向進給方向或逆向進給方向。噴嘴可對準或可對準雷射光學器件之一光學軸線。特別是噴嘴對光學軸線在一可對準之角度內可調，該角度小於30°。在另一實施例中，噴嘴在一小於30°之角度內可對準光學軸線。雷射熔接設備，特別是一包括至少噴嘴及雷射光學器件之加工頭，為此設計成且相對於需熔接工件之承載器而安裝，使其在對光學軸線適當定向上能以一陡 角度以氣體衝擊工件表面，例如基本沿一垂直於工件表面之面法線進行，俾便在熔接過程中對熔浴施加負荷。
在設計中，一朝向進給方向之噴嘴在一小於10°之角度對準或可對準光學軸線。替代或增加做法是一逆向進給方向之噴嘴在一小於30°之角度對準或可對準光學軸線。一般在「刺入」衝擊時，亦即在以朝向進給方向之氣體衝擊工件時，接觸角(Anstellwinkel)以小於「拉拽」衝擊時，亦即逆向進給方向加工時，為佳。
在設計中，雷射光學器件將雷射光束投射在工件表面，其一光學軸線在一小於5°之角度對準或可對準在雷射焦點位置垂直於工件表面之面法線。換言之，雷射熔接設備實施成，雷射光學器件特別可對承載器定向，使提供之，尤其是聚焦之雷射光束可例如基本上平行於工件之面法線。
該至少一噴嘴以可對一垂直於工件表面之軸線轉動為佳，使得噴嘴在需建立之非直線熔接縫上亦能在進給方向或進給方向之逆向定向。
在設計中，氣體供應至少具有一噴嘴，其與雷射光學器件之光學軸線同軸，使噴嘴提供之衝擊工件之氣流特別對雷射光束同軸，對準或可對準在雷射焦點位置垂直於工件表面之面法線方向。具有一此類對雷射光學器件定向之氣體供應之同軸加工頭有利地構建成不受方向限制，這是由於，至少當雷射光學器件之光學軸線在加工時垂直於工件表面，無須轉動，就能將噴嘴所提供之氣流適當定位在進給方向或在進給方向之反方 向。
在具有對光學軸線同軸之氣體供應之實施例之中，該至少一噴嘴具有一限制流通截面之噴嘴噴口面，其特別是圓形或圓環形，且以可調為佳。此噴嘴噴口面對雷射光學器件之光學軸線同軸延伸。換言之，雷射光學器件之光學軸線例如直接穿過一具有圓形噴嘴噴口面之氣流噴嘴。替代做法是，噴嘴設計成環狀噴嘴，具有圓環形噴嘴噴口面，對光學軸線同心設置。
在設計中，雷射熔接設備具有一控制單元，其中內置控制常用程式，依照前述說明之方法，自動根據進給速度調整氣體供應，特別是根據進給速度自動調整氣體供應所提供之氣流之液動動壓。為此特別設置，控制單元與一限制氣流流動截面之操作單元，如一噴嘴，或一具有可調流動截面之限流閥，保持作用連接。
在進一步改進中，藉由控制單元在熔接過程中根據進給速度依照前述方式主動操控氣流，特別是由氣流引起之動壓。
在設計中，雷射源之功率至少在3kW，例如約在4kW或4.5kW。
在設計中，雷射源設計成，雷射照射之波長小於10μm，特別是小於5μm，以小於2μm為佳，尤佳為介於350nm與1300nm之間。此雷射源偏好為一光纖導引雷射。
以下將根據圖式進一步說明本發明之實施例。圖中所示為：
1‧‧‧設備
3‧‧‧加工頭
5‧‧‧雷射光學器件
7‧‧‧氣體供應
9‧‧‧噴嘴
11‧‧‧護窗
A‧‧‧流動截面
D‧‧‧蒸汽毛細管
F‧‧‧雷射焦點
G‧‧‧氣流
L‧‧‧雷射光束
N‧‧‧法線
O‧‧‧光學軸線
S‧‧‧熔浴
V‧‧‧進給方向
W‧‧‧工件
α‧‧‧角度
第1圖一雷射熔接設備之截面圖，其具有一逆向進給方向之氣體供應，用於對熔浴施加機械負荷；第2圖一雷射熔接設備之截面圖，其具有一在進給方向之氣體供應，用於對熔浴施加機械負荷；第3圖一雷射熔接設備之截面圖，其具有對一光學軸線同軸之氣體供應，用於對熔浴施加機械負荷。
在所有圖示中彼此對應之部件皆以相同元件符號標示。
第1及2圖以示意方式顯示雷射熔接設備第一實施例，其設計目的在於，對一在熔接過程中，特別是深熔接，形成之熔浴S施加機械負荷。
設備1具有一加工頭3，其至少具有一聚焦雷射光束L之雷射光學器件5，及一具有噴嘴9之氣體供應7。一未詳細圖示之雷射源，例如一固態或光纖雷射，產生雷射光束L。雷射光學器件5之一光學軸線O基本垂直於一需熔接工件W之工件表面。雷射光學器件5將雷射光束L投射在工件W上，而雷射光學器件5在加工時被一護窗11保護。雷射光束L之雷射焦點F在圖示之例中位於工件表面附近，且由於提供之雷射光束L之高強度，在該處產生一具有電漿羽狀體之蒸汽毛細管D。蒸汽毛細管D位於熔浴S中，亦即，其被流動熔液包圍。工件W另外固定於未詳細圖示之承載器上，承載器安裝成可對加工頭3運動，使工件W相對於所提供之 雷射光束L可在進給方向V被導引或可導引，產生熔接縫。
具有噴嘴9之氣體供應7至少安裝成可對光學軸線O轉動，使氣體供應7定向成產生一逆向進給方向V之氣流G，如第1圖所示，或定向成產生一朝向進給方向V之氣流G，如第2圖所示。在所示之實施例中，噴嘴9對光學軸線O成一約25°之角度。由於雷射光束L垂直對準工件表面，這相當於以約25°角對熔浴S衝擊，該角度係指對一雷射焦點位置垂直於工件表面之面法線N之角度。
第3圖顯示雷射熔接設備第二實施例，其設計目的在於，對一在熔接過程中形成之熔浴S施加機械負荷。雷射熔接設備1在結構上與第1及第2圖所示之第一實施例不同處僅在於氣體供應之幾何，故可參考相關說明。
第二實施例之加工頭3設計成同軸頭，亦即具有噴嘴9之氣體供應7產生一氣流G，該氣流對光學軸線O同軸延伸。在雷射光束L垂直照射在工件表面上時，氣流G基本在面法線N方向衝擊熔浴G，亦即其角度α約為0°。
在一雷射熔接法中，雷射光束L沿工件表面在進給方向V被導引，俾便小範圍熔解雷射焦點F區域之工件材料。沿進給方向V之進給速度vw特別在1m/min至50m/min之間，例如在4m/min至24m/min之間。角度α係氣流G衝擊熔浴S之角度，以在0°及35°之間為 佳。一限制氣流G流動截面A之噴嘴9噴口面具有例如若干毫米之直徑，特別是小於4mm，例如約為3mm。噴嘴噴口面通常距離熔接及蒸汽毛細管D若干毫米，例如約在5mm及15mm之間。
對熔浴衝擊之力應足以使熔浴穩定，然而亦應避免材料至少在可察覺範圍內被驅離。在氣流G之尺度拿捏上，液動壓力pd經證明是適當參數，其可簡化由密度ρ及湧出氣體之流速vg根據pd=½ρ×vg 2計算。流速vg可簡化由vg=VS/A得到，此處代表氣流G之容積流率VS除以流動截面A。一般尺寸之噴嘴之容積流率VS在每分鐘若干升(l/min)。
對熔浴S產生機械負荷之氣流最好調整成其所產生之液動動壓pd在參考動壓ps之一定範圍內。根據氣體種類，噴嘴噴口開放面，及進給速度vw，調整氣流，使動壓pd至少為參考動壓ps之一半，至多為參考動壓之4倍，亦即(0.5×ps<pd<4×ps)。
參考動壓ps由ps=k×vw計算，其中比例係數(k)在SI-單位系統中為k=7.2×103Pas/m。
在一具體實施例中，一厚度1.5mm之不銹鋼板被熔接。一光纖導引之雷射提供4.5kW之雷射光束L。投入使用之雷射光學器件5具有例如一放大比例120：300，並在工件表面形成一200μm之光纖直徑，使該處產生一點直徑約為0.5mm之雷射焦點。在進給速度vw為12m/min時，熔浴被氬氣衝擊。所提供之氣流具有一容積流率20 l/min，該流率被一噴嘴9限制，其直徑為 3mm。此相當於一液動動壓pd約為2kPa，亦即約為參考動壓ps之1.38倍。
本發明以上係針對較佳實施例說明。不喻自明者是，本發明並不限於所示實施例之具體設計，而是本行專業人士可根據說明衍生變化，然而基本皆不偏離本發明之基本思維。

Claims (14)

  1. 一種對工件(W)之雷射熔接法，其中一朝向工件表面之雷射光束(L)具有一雷射強度，使至少一需熔接工件(W)之工件材料在雷射焦點(F)區熔解，並在雷射焦點(F)區形成一蒸汽毛細管(D)，其至少局部被一流動熔浴(S)包圍，而雷射光束(L)為產生一熔接縫在進給方向(V)相對於工件表面運動，為使熔浴在熔接過程中穩定，以一朝向工件表面之氣流(G)衝擊熔浴(S)，施加機械負荷，其特徵在於，雷射光束(L)為產生熔接縫在進給方向(V)以一進給速度(v w)相對於工件運動，且根據進給速度(v w)調整衝擊工件(W)之氣流(G)之液動動壓(p d)，使液動動壓(p d)至少為一參考動壓(p s)之半，最高為其四倍，調整公式為p s= k×v w其中比例係數( k)在SI-單位系統中為 k=7.2×10 3Pas/m。
  2. 如請求項1之方法，其中，對熔浴(S)之氣體衝擊係藉由一在進給方向(V)或進給方向(V)逆向之氣流(G)為之，而氣流(G)之流動方向對一配置給雷射光束(L)之光學軸線(O)成一小於35°之角度(α)。
  3. 如請求項2之方法，其中，對熔浴(S)之氣體衝擊係藉由一在進給方向(V)之氣流(G)為之，其對光學軸線(O)在一小於10°之角度(α)延伸，及/或對熔浴(S)之氣體衝擊係藉由一逆向進給方向(V)之氣流(G)為之，其對光學軸線(O)以一小於30°之角度(α)延伸。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中，氣流對準雷射焦點(F)之一區域，其半徑最大為氣流(G)噴嘴(9)噴口直徑之兩倍。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，液動動壓(p d)由密度(ρ)及氣體流速(V g)依公式p d=½ρ×v g 2計算而得，而流速(v g)由v g=VS/A得到，此公式代表氣流(G)之容積流率(VS)除以被容積流率(VS)通過之流動截面(A)所得之商。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中，進給速度(v w)大於5m/min，特別是至少為6m/min。
  7. 一種雷射熔接之設備(1)，用以執行如請求項1至6中任一項之方法，包括一承載器，承載至少一需熔接之工件(W)，一雷射源及一雷射光學器件(5)，用以產生對準一工件表面之雷射光束(L)，一氣體供應(7)，用以產生對準至少一工件表面之氣流(G)，而至少雷射光學器件(5)及承載器安裝成可相互運動，使雷射光束(L)至少在一區段上沿工件表面在進給方向(V)可被導引，其特徵在於，氣體供應(7)設計成，以氣體衝擊在雷射焦點(F)區形成之熔浴(S)，對之施加機械負荷。
  8. 如請求項7之設備(1)，其中，提供氣流(G)之氣體供應(7)至少具有一在工件表面對準進給方向(V)或對準進給方向(V)之反方向之噴嘴(9)，而噴嘴(9)對雷射光學器件(5)之一光學軸線(O)以一小於30°之角度(α)對準 或可對準。
  9. 如請求項8之設備(1)，其中，朝向進給方向(V)之噴嘴(9)可以相對於光學軸線(O)一小於10°之角度(α)對準，及/或朝向進給方向(V)反方向之噴嘴(9)可以相對於光學軸線(O)一小於30°之角度(α)對準或可對準。
  10. 如請求項7之設備(1)，其中，氣體供應(7)具有一噴嘴(9)，該噴嘴對雷射光學器件(5)之一光學軸線(O)同軸對準或可同軸對準。
  11. 如請求項10之設備(1)，其中，噴嘴(9)具有一限制流動截面(A)，特別是圓形或圓環形之噴嘴噴口面，設置成對雷射光學器件(5)之光學軸線(O)同軸。
  12. 如請求項7至11中任一項之設備(1)，其中，在一控制單元及內建之控制常用程式，依照請求項1至6中任一項之方法，根據進給速度(v w)自動調整氣體供應(7)，特別是根據進給速度(v w)自動調整氣體供應(7)所提供之氣流(G)之液動動壓(p d)。
  13. 如請求項7至12中任一項之設備(1)，其中，雷射源具有至少3kW之功率。
  14. 如請求項7至13中任一項之設備(1)，其中，雷射源設計成，雷射光束(L)以波長小於10μm，特別是小於5μm，偏好小於2μm，特別偏好介於350nm與1300nm之間工作。
TW108111838A 2018-04-13 2019-04-03 用於雷射熔接的方法及設備 TWI820110B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018108824.8 2018-04-13
DE102018108824.8A DE102018108824A1 (de) 2018-04-13 2018-04-13 Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweißen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201943488A true TW201943488A (zh) 2019-11-16
TWI820110B TWI820110B (zh) 2023-11-01

Family

ID=65911137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108111838A TWI820110B (zh) 2018-04-13 2019-04-03 用於雷射熔接的方法及設備

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210146478A1 (zh)
EP (1) EP3774159B1 (zh)
JP (1) JP7148204B2 (zh)
KR (1) KR102444752B1 (zh)
CN (1) CN111989187B (zh)
DE (1) DE102018108824A1 (zh)
TW (1) TWI820110B (zh)
WO (1) WO2019197119A1 (zh)

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5609781A (en) * 1992-10-23 1997-03-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Machining head and laser machining apparatus
DE19858681A1 (de) * 1998-12-18 2000-06-21 Linde Tech Gase Gmbh Vehrfahren und Vorrichtug zur Lasermaterialbearbeitung mit einem Gasstrom geringer Strömungsgeschwindigkeit
DE19905739A1 (de) * 1999-02-11 2000-08-17 Linde Tech Gase Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung mit koaxialem Gasstrom
DE202005016574U1 (de) * 2005-10-20 2007-02-08 Kuka Schweissanlagen Gmbh Blasvorrichtung für ein Laserwerkzeug
FR2892328B1 (fr) * 2005-10-21 2009-05-08 Air Liquide Procede de soudage par faisceau laser avec controle de la formation du capillaire de vapeurs metalliques
JP5384354B2 (ja) * 2006-10-30 2014-01-08 オルセン，フレミング・オベ・エルホルム レーザー加工方法及びシステム
FR2908677B1 (fr) * 2006-11-17 2009-02-20 Air Liquide Procede de soudage par faisceau laser a penetration amelioree
FR2923405B1 (fr) * 2007-11-14 2009-12-18 Air Liquide Soudage laser de pieces revetues de zinc
FR2926032B1 (fr) * 2008-01-08 2010-08-27 Air Liquide Buse de soudage laser apte a stabiliser le keyhole.
JP2009166080A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Hitachi Ltd レーザ溶接方法
DE102009009841A1 (de) * 2009-02-20 2010-08-26 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Verwendung beim Laserschweissen
JP5879074B2 (ja) 2011-09-08 2016-03-08 株式会社アマダホールディングス シールドガス流量制御装置
CN103831531B (zh) * 2012-11-23 2016-09-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 焊接接头
KR20150086550A (ko) * 2012-12-06 2015-07-28 링컨 글로벌, 인크. 용접을 위한 조합된 필러 와이어 공급 장치와 고강도 에너지원을 기동 및 사용하기 위한 방법 및 시스템
FR3010339B1 (fr) * 2013-09-06 2016-02-26 Air Liquide Procede de soudage par faisceau laser sur tole sandwich avec controle de l'ouverture du capillaire
CN105499804B (zh) * 2016-01-18 2018-01-02 华中科技大学 一种激光焊接过程中焊缝内部孔洞的控制方法及控制装置
CN107052582B (zh) * 2017-06-02 2018-11-02 长沙理工大学 一种激光穿透焊接板材的方法
CN107350653A (zh) * 2017-08-31 2017-11-17 北京工业大学 激光焊接羽辉控制和熔池保护方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111989187A (zh) 2020-11-24
EP3774159A1 (de) 2021-02-17
WO2019197119A1 (de) 2019-10-17
WO2019197119A4 (de) 2020-01-16
CN111989187B (zh) 2023-05-09
KR20200133810A (ko) 2020-11-30
JP2021521012A (ja) 2021-08-26
DE102018108824A1 (de) 2019-10-17
BR112020020690A2 (pt) 2021-01-19
US20210146478A1 (en) 2021-05-20
TWI820110B (zh) 2023-11-01
JP7148204B2 (ja) 2022-10-05
KR102444752B1 (ko) 2022-09-16
EP3774159B1 (de) 2023-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4127761A (en) Laser welding
US7319204B2 (en) Laser welding device and method
JP5485279B2 (ja) ダイナミックジェットノズルを用いるｃｏ２レーザー溶接方法
Zhang et al. Effect of shielding conditions of local dry cavity on weld quality in underwater Nd: YAG laser welding
JP2009512556A (ja) 金属蒸気キャピラリーの形成制御を用いたレーザービーム溶接方法
CN112638570B (zh) 背面焊接系统和方法
JP5389822B2 (ja) キーホールを安定化させることのできるノズルを使用するレーザー溶接法
JP2005500170A (ja) 多焦点部材及び集中／発散ノズルを用いたレーザビーム切断方法及び装置
TW201943488A (zh) 用於雷射熔接的方法及設備
JP6805710B2 (ja) レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
JP3635199B2 (ja) 熱間圧延鋼片の突合せ溶接用レーザ溶接ノズル
Schmidt et al. Effect of gas flow on spatter formation in deep penetration welding at high welding speeds
RU2732256C1 (ru) Способ лазерной сварки металлов и устройство для осуществления способа
US20060108341A1 (en) Method and installation for pointing a fine fluid jet, in particular in welding, or laser hardfacing
Olschok et al. Laser beam quality welds–Learning from other processes
BR112020020690B1 (pt) Método e dispositivo para soldagem a laser
JP2010214402A (ja) 金属板のレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP3526935B2 (ja) レーザーマーキング方法及びその方法に使用するレーザー加工装置
JPS60148670A (ja) 高速プラズマア−ク溶接法
Charee et al. Underwater Laser Micromilling of Commercially-Pure Titanium Using Different Scan Overlaps
Verhaeghe et al. An assessment of the welding performance of high-brightness lasers and a comparison with in-vacuum electron beams
JPS6032556B2 (ja) レ−ザ溶接ノズル
JP6985642B2 (ja) レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法
Yousuke et al. Visualization of interaction between laser beam and YAG-laser-induced plume
JP2004216441A (ja) レーザ照射アーク溶接ヘッド及びレーザ・アークノズル