一种激光焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种激光焊接系统及方法，属于激光焊接技术领域。该激光焊接系统包括样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置。第一光闸设置在第一激光发生装置与工件之间的光传播路径中。第一激光发生装置发出的第一激光光束入射到第一光闸，通过第一光闸的第一激光光束经过光调节装置聚焦到工件的预设位置处。第二激光发生装置发出的第二激光光束也经过光调节装置聚焦在预设位置处。本发明专利技术实施例提供的激光焊接系统及方法不仅实现了对铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接，还实现了对工件的焊前预热或焊后缓冷，有效地降低了焊接应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光焊接
，具体而言，涉及一种激光焊接系统及方法。
技术介绍
铜及其合金具有优良的导电性、导热性、抗蚀性，被广泛应用于电力、电工、电子电器行业，主要用于制作发电机、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、太阳能平板集热器等导热器材。制造过程中多涉及其构件的焊接。用于铜焊接的传统方法主要有气焊、手工电弧焊、氩弧焊等，气焊、手工电弧焊、氩弧焊时都需要填丝焊接或者助焊剂，而且为防止裂纹产生还需焊前预热，工艺复杂；工件较厚时一般需要开坡口，焊缝成形性差，这些焊接方法效率较低。激光焊接作为一种先进的焊接技术，相对于传统的焊接方法，光束聚焦后能量密度高度集中，具有热影响区小、加热和冷却速度快等诸多优点。但是，由于铜良好的导热性，使得输入到其表面的激光能量很快散失掉。同时，铜对传统红外和近红外激光具有很高的反射率。这些因素增加了激光焊接紫铜的难度，使得焊接过程需要极高的峰值能量以克服铜的不良吸收性能所带来的初始阻力。然而，一旦一部分红外激光能量耦合到铜上并引起温度升高，特别是当温度达到铜的熔点时，铜对红外激光的吸收会显著提高。而此时，激光能量已经远远超过焊接的需要，将会导致材料飞溅或者引起不必要的蒸发，在工件上留下较大的孔或洞，影响焊接质量。现有的铜的激光焊接方式通常为通过简单调整激光功率、扫描速度、离焦量等工艺参数，改善焊缝成形质量与接头性能。然而，由于铜对红外和近红外激光吸收率极低，使得实现深熔焊接与获得较好的焊缝成形异常困难，焊接效果不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光焊接系统及方法，不仅能够有效地实现铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接，还能够实现焊前预热及焊后缓冷以降低焊接应力。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种激光焊接系统，包括样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置，所述样品台用于放置工件，所述第一光闸设置在所述第一激光发生装置与所述工件之间的光传播路径中。所述第一激光发生装置发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸，通过所述第一光闸的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到所述工件的预设位置处，所述第二激光发生装置发出的第二预设波长的第二激光光束也经过所述光调节装置聚焦在所述预设位置处。在本专利技术较佳的实施例中，上述所述第一激光发生装置包括激光光源模块、分光镜及第一准直透镜，所述第二激光发生装置包括激光倍频器及第二准直透镜，所述第一光闸设置在所述第一准直透镜及所述光调节装置之间。所述激光光源模块发出的初始激光光束入射到所述分光镜，经所述分光镜分为具有预设能量比例的两路激光束。其中一路作为第一激光光束入射到所述第一准直透镜，由所述第一准直透镜准直后入射到所述第一光闸。另一路入射到所述激光倍频器，经所述激光倍频器的倍频处理后生成第二激光光束，所述第二激光光束由所述第二准直透镜准直后入射到所述光调节装置。在本专利技术较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第二光闸，所述第二光闸设置在所述激光倍频器内，所述第二光闸用于控制所述第二激光光束的输出间隔。在本专利技术较佳的实施例中，上述光调节装置包括反射镜、双色镜及会聚透镜，所述反射镜用于反射所述第二激光光束，所述双色镜用于透过所述第一激光光束且反射所述第二激光光束。由所述第一准直透镜出射的所述第一激光光束透过所述双色镜、经所述会聚透镜聚焦到所述工件的预设位置处。由所述第二准直透镜出射的所述第二激光光束由所述反射镜反射至所述双色镜，经所述双色镜反射后入射到所述会聚透镜，经所述会聚透镜聚焦到所述预设位置处。在本专利技术较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第一电动模组和第二电动模组，所述第一电动模组与所述第一准直透镜连接，所述第二电动模组与所述第二准直透镜连接，所述第一电动模组用于控制所述第一准直透镜沿着所述第一准直透镜的光轴方向运动，所述第二电动模组用于控制所述第二准直透镜沿着所述第二准直透镜的光轴方向运动。在本专利技术较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第三电动模组，所述第三电动模组与所述会聚透镜连接，所述第三电动模组用于控制所述会聚透镜沿着所述会聚透镜的光轴方向运动。在本专利技术较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括控制装置，所述激光光源模块、所述第一光闸、所述第一电动模组、所述第二电动模组及所述第三电动模组均与所述控制装置耦合。在本专利技术较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括人机交互面板，所述人机交互面板与所述控制装置耦合。在本专利技术较佳的实施例中，上述会聚透镜为离轴抛物镜。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种激光焊接方法，应用于上述激光焊接系统，所述方法包括：将第一激光发生装置发出的第一激光光束及第二激光发生装置发出的第二激光光束的焦点均调节至工件的预设位置处；通过控制第一光闸的开闭控制所述第一激光光束的输出间隔，以使所述第一激光光束和所述第二激光光束按照预设规则聚焦到所述预设位置处对所述工件进行焊接。本专利技术实施例提供的激光焊接系统及方法通过第一激光发生装置发出的具有第一预设波长的第一激光光束和具有第二预设波长的第二激光光束共同聚焦到工件的预设位置处，可以实现铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接。此外，通过控制第一光闸的开闭控制第一激光光束的输出间隔，当第一激光光束通过第一光闸时，第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的预设位置处，对工件进行焊接。当第一激光光束被第一光闸阻挡时，仅第二激光光束聚焦于工件的预设位置处，实现对工件的焊前预热或焊后缓冷，有效地降低了焊接应力，避免了激光焊接过程中铜及其合金等具有高导热系数的材料由于温度梯度过大而造成的焊接裂纹问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术实施例提供的一种激光焊接系统的立体结构示意图；图2示出了本专利技术实施例提供的一种激光焊接系统的俯视图；图3示出了本专利技术实施例提供的安装有夹具的激光焊接系统的结构示意图；图4示出了本专利技术实施例提供的一种激光焊接系统的夹具的结构示意图；图5示出了采用单一红外脉冲激光对铜片进行激光焊接的效果图；图6示出了采用本专利技术实施例提供的激光焊接系统对铜片进行激光焊接的效果图；图7示出了本专利技术实施例提供的一种激光焊接方法的流程图。其中，附图标记分别为：激光焊接系统100；第一激光发生装置110；激光光源模块111；分光镜112；第一准直透镜113；第二激光发生装置120；激光倍频器121；第二准直透镜122；第一光闸130；反射镜141；双色镜142；红外激光-绿激光全反射镜143；会聚透镜144；第一电动模组151；第二电动模组152；第三电动模组153；第一平台161；第二平台162；样品台170；工程控制器181；工程PC机182；激光电源183；运动控制板卡184；触摸显示屏185；夹具200；底板210；凹槽211；第一压紧片221；第二压紧片222。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊接系统，其特征在于，包括：样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置，所述样品台用于放置工件，所述第一光闸设置在所述第一激光发生装置与所述工件之间的光传播路径中；所述第一激光发生装置发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸，通过所述第一光闸的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到所述工件的预设位置处，所述第二激光发生装置发出的第二预设波长的第二激光光束也经过所述光调节装置聚焦在所述预设位置处。

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接系统，其特征在于，包括：样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置，所述样品台用于放置工件，所述第一光闸设置在所述第一激光发生装置与所述工件之间的光传播路径中；所述第一激光发生装置发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸，通过所述第一光闸的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到所述工件的预设位置处，所述第二激光发生装置发出的第二预设波长的第二激光光束也经过所述光调节装置聚焦在所述预设位置处。2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，所述第一激光发生装置包括激光光源模块、分光镜及第一准直透镜，所述第二激光发生装置包括激光倍频器及第二准直透镜，所述第一光闸设置在所述第一准直透镜及所述光调节装置之间；所述激光光源模块发出的初始激光光束入射到所述分光镜，经所述分光镜分为具有预设能量比例的两路激光束，其中一路作为第一激光光束入射到所述第一准直透镜，由所述第一准直透镜准直后入射到所述第一光闸；另一路入射到所述激光倍频器，经所述激光倍频器的倍频处理后生成第二激光光束，所述第二激光光束由所述第二准直透镜准直后入射到所述光调节装置。3.根据权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括第二光闸，所述第二光闸设置在所述激光倍频器内，所述第二光闸用于控制所述第二激光光束的输出间隔。4.根据权利要求2或3所述的激光焊接系统，其特征在于，所述光调节装置包括反射镜、双色镜及会聚透镜，所述反射镜用于反射所述第二激光光束，所述双色镜用于透过所述第一激光光束且反射所述第二激光光束；由所述第一准直透镜出射的第一激光光束透过所述双色镜、经...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，魏鑫磊，费旺，林仕君，陈其宝，伍文丞，曹宇，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33