一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置及方法，包括激光加载系统、工件系统和控制系统；所述激光加载系统包括双直角型基架、聚焦透镜、透镜支架、透镜高度调节器、全反镜、全反镜支架和脉冲激光器；所述工件系统包括约束层、吸收层、箔材、金属丝和工作台；所述控制系统包括计算机、激光控制器、伺服电机驱动器和气压控制器；金属丝绕过工作台的上、下定位槽定位在工作台面上；喷有黑漆的箔材绕过工作台的下端，与金属丝相接触，并与金属丝之间形成碰撞角；在碰撞角处的黑漆表面喷水作约束层；控制激光冲击并在碰撞角处诱导出高温高压等离子体形成强冲击波，箔材在冲击波的作用下，高速撞击到金属丝上，实现了金属丝和箔材的冲击焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械制造中激光加工
，尤其是涉及一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置及方法。
技术介绍
近年来，随着电子产品、生物、医疗器械、精密仪器、传感器等产业的高速发展，产品的微型化、精密化和高性能化成为制造业发展的重要趋势之一，与之相关的微器件焊接技术的研究显得越发重要。而金属丝和箔材是微器件焊接的主要对象，对焊接精度和工艺参数要求非常高，因此焊接难度很大。此外，焊接质量不仅会直接影响微器件的稳定性和可靠性，也是微制造过程中的关键问题。解决好丝和箔的焊接问题，对于微型化产品的产业化发展具有重要意义。申请号为200510094155.7的中国专利提出了激光冲击爆炸焊接的方法和装置，其过程为：利用激光照射吸收层材料诱导产生冲击波，同时利用激光热效应和冲击波效应引爆吸收层材料中混合的炸药产生爆轰波，冲击波和爆轰波共同作用使复板高速撞击基板实现焊接。该专利技术多应用于较厚板件之间的焊接，对于厚度在100um以下厚度的箔材焊接却不适用，更不适用于金属丝和箔材之间的焊接；且所需能量大；而且焊接过程中不能保证有碰撞角，会导致焊接强度不够；此外，只能实现单件焊接，效率较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置及方法，实现了金属丝和箔材之间的冲击焊接；本专利技术能保证焊接过程有碰撞角，保证了焊接强度；本专利技术中的碰撞角可以调节以适应不同材料组合的焊接；本专利技术可以实现连续焊接，效率较高，自动化程度较高；另外，本专利技术所需激光能量较小，无需炸药，节省加工成本。本专利技术采用的技术方案为：一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置，包括激光加载系统、工件系统和控制系统；所述激光加载系统包括双直角型基架、聚焦透镜、透镜支架、透镜高度调节器、全反镜、全反镜支架和脉冲激光器；所述聚焦透镜通过透镜支架垂直安装在透镜高度调节器上，所述透镜高度调节器底部与双直角型基架的下直板通过横向轨道配合连接；所述全反镜通过全反镜支架固定在双直角型基架的下直板上、且位于脉冲激光器的下方，将脉冲激光器发射的激光反射到聚焦透镜上；所述工件系统包括约束层、吸收层、箔材、金属丝和工作台；所述工作台上下两端的中间开有圆弧形的定位槽，所述金属丝定位在两个定位槽所确定的直线上；所述箔材在工作台下端定位槽的位置与金属丝形成碰撞角；所述吸收层喷涂在箔材的右表面；所述约束层在碰撞角处的黑漆的右表面上；所述控制系统包括计算机、激光控制器、伺服电机驱动器和气压控制器；所述激光控制器、伺服电机驱动器、气压控制器均与计算机电连接；所述激光控制器与脉冲激光器电连接；所述伺服电机驱动器与伺服电机电连接；所述气压控制器与气缸电连接。上述方案中还包括辅助系统；所述辅助系统包括气缸、活塞杆、箔材卷筒、金属丝卷筒、金属丝卷筒支架、工作台支架、收料卷筒、伺服电机、收料卷筒支架、容水器和喷水头；所述箔材卷筒位于工作台的右上方、且通过销轴安装在活塞杆的右端，并可绕销轴转动，箔材被卷在所述箔材卷筒上；所述活塞杆的左端与气缸连接，所述气缸的底部与气缸控制器连接，所述气缸控制器固定安装在双直角型基架的上直角处；所述金属丝卷筒支架的左端被固定在双直角型基架的侧板上；所述金属丝卷筒通过销轴安装在金属丝卷筒支架的右端，并可绕销轴转动，金属丝被卷在所述金属丝卷筒上；所述工作台支架的左端被固定在双直角型基架的侧板上、且位于金属丝卷筒支架的下方，工作台支架的右端与工作台底部的正中央垂直连接；所述收料卷筒位于工作台的左下方，所述伺服电机的电机轴与收料卷筒的中心孔通过键连接来带动收料卷筒的间歇转动；所述收料卷筒和伺服电机被固定在所述收料卷筒支架的上端；所述收料卷筒支架与伺服电机驱动器相连并共同固定在双直角型基架的下直板上；所述容水器被固定在双直角型基架的下直板上，并位于约束层的正下方，用于盛放流下的水约束层；所述喷水头对准箔材与金属丝之间的碰撞角处。上述方案中，所述约束层为水。上述方案中，所述吸收层为黑漆。上述方案中，所述工作台由陶瓷材料制成。上述方案中，所述碰撞角为5～25度。本专利技术还提供一种激光加载下丝和箔的冲击焊接方法，包括以下步骤：S1、将金属丝和箔材进行预处理：用粗砂纸对金属丝和箔材表面进行打磨，去掉表面的氧化层，然后再用细砂纸对其打磨抛光，最后用酒精清洗表面，使得金属丝和箔材表面清洁光滑，然后在箔材表面均匀喷涂黑漆；S2、将金属丝卷筒上的金属丝一端绕过工作台的上、下定位槽，并固定在收料卷筒上，S3、将箔材卷筒上的箔材绕过工作台的下端，并固定在收料卷筒上；S4、计算机控制气缸伸缩，带动箔材卷筒左右移动，来调节箔材与金属丝在工作台下端所形成碰撞角的大小；S5、调节透镜高度调节器，从而调节聚焦在吸收层上的激光光斑大小，打开喷水头；S6、计算机控制激光冲击，实现金属丝和箔材的冲击焊接；S7、计算机控制伺服电机转动，从而带动收料卷筒转动，当金属丝和箔材上面待焊接部位下移至激光光斑区域内，计算机控制伺服电机停止转动；由此进入步骤S6，循环进行，实现金属丝和箔材的连续焊接。上述方案中，激光光斑处于工作台下端金属丝和箔材所形成的碰撞角的位置，且激光光斑中心位于金属丝上。上述方案中，所述金属丝的直径小于1mm；所述箔材的宽度为2～15mm。上述方案中，所述黑漆的喷涂厚度为0.1～0.3mm。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术提出了通过加载激光来实现金属丝和箔材之间冲击焊接的装置和方法；该装置能实现激光加载下金属丝和箔材的连续焊接，提高了焊接效率，且能保证有碰撞角，提高了焊接强度；碰撞角可以调节以适应不同材料组合的焊接，装置的适应性强，自动化程度高。金属丝绕过工作台的上、下定位槽定位在工作台面上；喷有黑漆的箔材绕过工作台的下端，与金属丝相接触，并与金属丝之间形成碰撞角；在碰撞角处的黑漆表面喷水作约束层；控制激光冲击并在碰撞角处诱导出高温高压等离子体形成强冲击波，箔材在冲击波的作用下，高速撞击到金属丝上，实现了金属丝和箔材之间的冲击焊接；本专利技术能保证焊接过程有碰撞角，保证了焊接强度；本专利技术中的碰撞角可以调节以适应不同材料组合的焊接；本专利技术可以实现连续焊接，效率较高，自动化程度较高；另外，本专利技术所需激光能量较小，节省加工成本。附图说明图1是本专利技术一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置的结构示意图；图2是本专利技术中工作台的结构示意图；图3是本专利技术中工件系统的三维示意图；图4a是本专利技术中冲击焊接之前工件系统的局部放大示意图；图4b是本专利技术中单次冲击焊接之后工件系统的局部放大示意图。图中，1-计算机，2-激光控制器，3-脉冲激光器，4-吸收层，5-箔材卷筒，6-箔材，7-气压控制器，8-气缸，9-活塞杆，10-金属丝卷筒支架，11-金属丝卷筒，12-金属丝，13-工作台支架，14-工作台，15-双直角型基架，16-收料卷筒，17-伺服电机，18-收料卷筒支架，19-伺服电机驱动器，20-约束层，21-容水器，22-透镜支架，23-透镜高度调节器，24-聚焦透镜，25-喷水头，26-全反镜支架，27-全反镜。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示为本专利技术所述激光加载下丝和箔的冲击焊接装置的一种实施方式，所述激光加载下丝和箔的冲击焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置，其特征在于，包括激光加载系统、工件系统和控制系统；所述激光加载系统包括双直角型基架(15)、聚焦透镜(24)、透镜支架(22)、透镜高度调节器(23)、全反镜(27)、全反镜支架(26)和脉冲激光器(3)；所述聚焦透镜(24)通过透镜支架(22)垂直安装在透镜高度调节器(23)上，所述透镜高度调节器(23)底部与双直角型基架(15)的下直板通过横向轨道配合连接；所述全反镜(27)通过全反镜支架(26)固定在双直角型基架(15)的下直板上、且位于脉冲激光器(3)的下方，将脉冲激光器(3)发射的激光反射到聚焦透镜(24)上；所述工件系统包括约束层(20)、吸收层(4)、箔材(6)、金属丝(12)和工作台(14)；所述工作台(14)上下两端的中间开有圆弧形的定位槽，所述金属丝(12)定位在两个定位槽所确定的直线上；所述箔材(6)在工作台(14)下端定位槽的位置与金属丝(12)形成碰撞角；所述吸收层(4)喷涂在箔材(6)的右表面；所述约束层(20)在碰撞角处的黑漆的右表面上；所述控制系统包括计算机(1)、激光控制器(2)、伺服电机驱动器(19)和气压控制器(7)；所述激光控制器(2)、伺服电机驱动器(19)、气压控制器(7)均与计算机(1)电连接；所述激光控制器(2)与脉冲激光器(3)电连接；所述伺服电机驱动器(19)与伺服电机(17)电连接；所述气压控制器(7)与气缸(8)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置，其特征在于，包括激光加载系统、工件系统和控制系统；所述激光加载系统包括双直角型基架(15)、聚焦透镜(24)、透镜支架(22)、透镜高度调节器(23)、全反镜(27)、全反镜支架(26)和脉冲激光器(3)；所述聚焦透镜(24)通过透镜支架(22)垂直安装在透镜高度调节器(23)上，所述透镜高度调节器(23)底部与双直角型基架(15)的下直板通过横向轨道配合连接；所述全反镜(27)通过全反镜支架(26)固定在双直角型基架(15)的下直板上、且位于脉冲激光器(3)的下方，将脉冲激光器(3)发射的激光反射到聚焦透镜(24)上；所述工件系统包括约束层(20)、吸收层(4)、箔材(6)、金属丝(12)和工作台(14)；所述工作台(14)上下两端的中间开有圆弧形的定位槽，所述金属丝(12)定位在两个定位槽所确定的直线上；所述箔材(6)在工作台(14)下端定位槽的位置与金属丝(12)形成碰撞角；所述吸收层(4)喷涂在箔材(6)的右表面；所述约束层(20)在碰撞角处的黑漆的右表面上；所述控制系统包括计算机(1)、激光控制器(2)、伺服电机驱动器(19)和气压控制器(7)；所述激光控制器(2)、伺服电机驱动器(19)、气压控制器(7)均与计算机(1)电连接；所述激光控制器(2)与脉冲激光器(3)电连接；所述伺服电机驱动器(19)与伺服电机(17)电连接；所述气压控制器(7)与气缸(8)电连接。2.根据权利要求1所述的一种激光加载下丝和箔的冲击焊接装置，其特征在于，还包括辅助系统；所述辅助系统包括气缸(8)、活塞杆(9)、箔材卷筒(5)、金属丝卷筒(11)、金属丝卷筒支架(10)、工作台支架(13)、收料卷筒(16)、伺服电机(17)、收料卷筒支架(18)、容水器(21)和喷水头(25)；所述箔材卷筒(5)位于工作台(14)的右上方、且通过销轴安装在活塞杆(9)的右端，并可绕销轴转动，箔材(6)被卷在所述箔材卷筒(5)上；所述活塞杆(9)的左端与气缸(8)连接，所述气缸(8)的底部与气缸控制器(7)连接，所述气缸控制器(7)固定安装在双直角型基架(15)的上直角处；所述金属丝卷筒支架(10)的左端被固定在双直角型基架(15)的侧板上；所述金属丝卷筒(11)通过销轴安装在金属丝卷筒支架(10)的右端，并可绕销轴转动，金属丝(12)被卷在所述金属丝卷筒(11)上；所述工作台支架(13)的左端被固定在双直角型基架(15)的侧板上、且位于金属丝卷筒支架(10)的下方，工作台支架(13)的右端与工作台(14)底部的正中央垂直连接；所述收料卷筒(16)位于工作台的左下方，所述伺服电机(17)的电机轴与收料卷筒(16)的中心孔通过键连接来...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄，黄涛，马友娟，刘会霞，张文昊，罗亚鹏，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32