CN105980100B - 借助绿光波长的激光脉冲点焊尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件的方法和装置 - Google Patents
借助绿光波长的激光脉冲点焊尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件的方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105980100B CN105980100B CN201580006776.7A CN201580006776A CN105980100B CN 105980100 B CN105980100 B CN 105980100B CN 201580006776 A CN201580006776 A CN 201580006776A CN 105980100 B CN105980100 B CN 105980100B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- laser
- section
- workpiece
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 title abstract description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 title abstract description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 title abstract description 7
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 6
- 239000010929 jewellery material Substances 0.000 title abstract description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 14
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 11
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 9
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 9
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- 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
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- 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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
-
- 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
- B23K26/22—Spot welding
-
- 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
- B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
-
- 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
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
-
- 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
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/12—Copper or alloys thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
在用于借助波长为500至540nm的激光脉冲(31)点焊尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件以产生大于0.5mm、优选0.8至1.3mm、特别优选大于1.3mm的焊入深度的方法中，其中，所述激光脉冲(31)具有时长在约1ms至约20ms之间的主脉冲区段(6b)，该主脉冲区段具有处于约1600W至约6000W之间的脉冲峰值功率，所述激光脉冲(31)的功率分别具有在时间上的脉冲走向，该在时间上的脉冲走向具有：在时间上的第一脉冲区段(6a)，其呈上升的脉冲边沿的形式，用于在工件中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；作为在时间上的第二脉冲区段的主脉冲区段(6b)，用于在工件中产生带蒸发通道的熔池；在时间上的第三脉冲区段(6c)，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述主脉冲区段(6b)结束时的功率的至少3/4并且接着较平缓地下降，该第三脉冲区段用于回填蒸发通道；和在时间上的第四脉冲区段(6d)，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度处于所述主脉冲区段(6b)结束时的功率的1/3至1/4之间，该第四脉冲区段用于使熔液的振动衰减。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于借助波长为500至540nm的激光脉冲来点焊工件的方法和装置，所述工件尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成。
背景技术
这种方法和这种装置例如通过S.Nakashiba等人的文章，，Micro-welding ofCopper Plate by Frequency Doubled Diode Pumped Pulsed Nd:YAG Laser"，PhysicsProcedia，2012，Heft 39，S.577-584被已知。
铜和金的吸收在绿光波长(500至540nm)的情况下比在常见激光类型的波长(≥1064nm)的情况下高。在用具有红外波长(1064nm)的激光脉冲对铜进行激光焊接时，该激光脉冲的功率典型地具有梯形的“在时间上的脉冲走向”，该梯形的在时间上的脉冲走向具有：笔直上升的脉冲边沿，用于在工件中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；平的脉冲高台，用于在工件中产生带蒸发通道的熔池；和笔直下降的脉冲边沿，用于结束焊接过程。但是所焊接的工件表面具有熔化喷溅物。
在用所谓的混合激光来激光焊接时，同时用具有红外波长(1064nm)的激光脉冲和具有绿光波长(532nm)的激光脉冲进行焊接，以便改善能量向铜材料中的耦入。
对于铜的所谓的微焊连接，使用具有绿光波长(500至540nm)的激光脉冲，其中，焊入深度最大约为0.2mm。
使用者有时具有新的(光亮的)铜部件，有时具有经过几天或数周的(氧化的)铜部件。因此在红外激光加工的情况下必须使加工参数适配于工件的新旧或者说适配于表面情况。此外，在铜的新磨的表面之内，红外激光辐射的耦入的变化强到出现焊点区别的程度。
发明内容
相对地，本发明的任务是，提供一种用于借助波长为500至540mm的激光脉冲来点焊工件的方法和装置，以便尤其在焊入深度为0.5至1.3mm时实现尺寸(焊入深度和宽度)尽可能均匀的焊点并且避免工件表面上的喷溅物并且实现尽可能与工件表面无关的焊入深度和焊点宽度。
根据本发明，该任务通过本发明的用于点焊工件的方法解决，所述工件尤其是由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件。
根据本发明，所述激光脉冲的功率可具有矩形或梯形的在时间上的脉冲走向。根据本发明的激光焊接方法适用于所有在绿光波长情况下吸收特别好的金属。
即根据本发明，所述激光脉冲的功率分别具有一在时间上的脉冲走向，该在时间上的脉冲走向具有：在时间上的第一脉冲区段，其呈上升的脉冲边沿的形式，该第一脉冲区段用于在工件中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；作为在时间上的第二脉冲区段的主脉冲区段，其呈高的脉冲高台的形式，该主脉冲区段用于在工件中产生带蒸发通道的熔池；在时间上的第三脉冲区段，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述高的脉冲高台结束时的功率的至少3/4并且接着较平缓地下降，该第三脉冲区段用于回填蒸发通道；在时间上的第四脉冲区段，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度为所述高的脉冲高台结束时的功率的1/3至1/4之间，该第四脉冲区段用于使熔液的振动衰减。即在该脉冲走向的情况下，该绿色的激光脉冲的功率并不具有如在红外激光脉冲情况下的那种矩形或梯形的在时间上的脉冲走向，而是脉冲功率在高的脉冲高台结束时首先垂直地下降并且接着较平缓地下降，由此使蒸发通道经过较长的时间段回复原状，然后转变成低的脉冲高台，由此使熔液的冷却和凝固(即熔液的振动衰减)延长经过较长的时间段。延迟的蒸发通道回复和延迟的熔液振动衰减阻碍熔液的喷发，使得不会在工件表面上形成喷溅物或仅形成少量的喷溅物。因此，热量向所述材料中的流入以及热量的回流通过特定地在时间上适配的激光脉冲功率走向来确定。
优选，所述主脉冲区段构造为水平的脉冲高台或上升的脉冲高台，并且在全部的焊入深度的情况下都选择成这么高，使得刚好不形成任何喷溅物。第二主脉冲区段的时长越长，则焊入深度越深。所述脉冲高台结束时的脉冲功率或者说脉冲峰值功率很大程度上取决于焦点位置。
优选，第一脉冲区段的上升的脉冲边沿在边沿开始时具有比在边沿结束时大的斜度。因此，该走向跟随自然的向工件中的能量耦入。这意味着，较陡的走向可能也没什么不同地被接收到所述材料中，并且提供的能量可能被浪费。因此，边沿结束时的小的斜度导致节省了所述激光脉冲的能量。因为在从液相到气相相变时由于蒸发通道中形成的多重反射而使所述吸收阶跃地上升，所以只要工件中已达到蒸发温度，就可减慢地或笔直地进行为产生蒸发通道所需的进一步的功率提升。
如试验已显示的那样，第三和第四脉冲区段的时长基本上与之前的脉冲区段的时长无关。取而代之地，该时长与蒸发通道的深度有关。第三脉冲区段的时长优选处于约0.3ms至约4ms之间，而第四脉冲区段的最短时长优选处于约0.5ms至约3ms之间。第四脉冲区段的更长的时长是可能的，但是不起作用。
完全特别优选地，将所述激光脉冲分别以钟形的功率密度分布成像到工件表面上，该钟形的功率密度分布在工件表面上导致逐渐地(即不突然地)从内向外下降的温度轮廓。温度柔和地向外下降阻碍熔液的喷发，使得不会在工件表面上形成喷溅物或仅形成少量喷溅物。所述蒸发通道相应于该温度分布成形并且为激光提供均匀的、倾斜的吸收面。
为了在工件表面上实现所述功率密度分布，将光导纤维中被引导向工件的激光脉冲在其从该光导纤维射出之后在射到工件表面上之前优选扩宽到光纤直径的至少二至四倍。
在一种变型中，以顶帽分布(Top-Hat-Verteilung)从所述光导纤维中射出的激光脉冲的直径扩宽通过将该激光脉冲的焦点相应远地布置在工件表面的上方或下方、即通过激光脉冲在工件表面上的散焦，或通过有意地产生这种功率密度分布的扩宽光具，或通过使用梯度折射率光纤来进行。
本发明在另一方面也涉及适用于实施根据本发明的点焊方法的的激光焊接装置。
即根据本发明设置有脉冲功率，该脉冲功率的在时间上的脉冲走向具有：在时间上的第一脉冲区段，其呈上升的脉冲边沿的形式，该第一脉冲区段用于在工件中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；作为在时间上的第二脉冲区段的主脉冲区段，其呈高的脉冲高台的形式，该主脉冲区段用于在工件中产生带蒸发通道的熔池；在时间上的第三脉冲区段，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述高的脉冲高台结束时的功率的至少3/4并且接着较平缓地下降，所述第三脉冲区段用于回填所述蒸发通道；和在时间上的第四脉冲区段，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度处于所述高的脉冲高台结束时的功率的1/3至1/4之间，用于使熔液的振动衰减。
在优选实施方式中，为了将激光脉冲从激光射束产生器引导向工件而设置有光导纤维。该光导纤维例如可为阶跃光纤，具有顶帽轮廓的激光脉冲从该阶跃光纤中射出。
在扩展方案中，在该光导纤维后面布置有例如呈透镜形式的聚焦光具，该聚焦光具在顶帽分布的情况下将焦点直径最大成像成相同的光纤直径或成像成较小的光纤直径。照射直径通过散焦扩宽到光纤直径的至少二至四倍。在替代的扩展方案中，钟形分布也可通过布置在后面的、例如呈透镜形式的聚焦光具成像，该聚焦光具的特性是在焦点中产生相对于所述光导纤维改变的功率密度分布。照射直径在此处于0.2至0.8mm之间，并且工件位于焦点附近。
本发明的其他优点从权利要求书，说明书和附图得到。之前提到的特征以及之后还会举出的特征同样可单独地使用或针对多个特征的情况以任意组合使用。示出和描述的实施方式不视为穷举，而是仅具有用于描述本发明的示例性特性。
附图说明
附图示出：
图1a，1b根据本发明的激光焊接装置(图1a)，其用于借助波长为500至540nm的激光脉冲进行点焊，以及工件表面上的、按位置的功率密度分布(图1b)；
图2a-2c根据本发明的不同的激光脉冲的功率在时间上的脉冲走向，所述激光脉冲用于以0.8mm(图2a)，1mm(图2b)以及1.3mm(图2c)的焊入深度点焊工件；
图3根据本发明的点焊方法中的不同阶段。
在后面的附图描述中，对于相同或功能相同的构件使用相同的附图标记。
具体实施方式
在图1a中示出的激光焊接装置1用于借助具有500至540nm绿光波长的激光脉冲3点焊两个尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件2。该激光焊接装置1包括用于产生激光脉冲3的激光射束产生器4和光导纤维5，该光导纤维将激光脉冲3从激光射束产生器4引导向工件2。激光射束产生器4可为频率加倍的固体激光器(例如波长为1064nm的Nd:YAG激光器)，该固体激光器在频率加倍后射出532nm的绿光波长。光导纤维5例如可为阶跃光纤，具有顶帽轮廓的激光脉冲3从该阶跃光纤中射出。该激光脉冲3具有1ms至20ms之间的脉冲时长，0.5kW至6kW之间的脉冲功率并且在单个脉冲(Einzelpuls)之间具有0至600W之间的平均功率。
在图2a-2c中示出不同激光脉冲31、32、33的功率的在时间上的脉冲走向，这些激光脉冲由激光焊接装置1产生，用于以不同的焊入深度进行激光焊接。图2a示出用于0.8mm焊入深度的激光脉冲31的在时间上的脉冲走向，图2b示出用于1mm焊入深度的激光脉冲32的在时间上的脉冲走向，而图2c示出用于1.3mm焊入深度的激光脉冲33的在时间上的脉冲走向。
所述激光脉冲31、32、33的在时间上的脉冲走向包括：在时间上的第一脉冲区段6a，其呈上升的脉冲边沿的形式，用于在工件2中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；在时间上的第二脉冲区段(主脉冲区段)6b，其呈高的脉冲高台的形式，用于在工件2中产生带蒸发通道(锁眼，keyhole)的熔池；在时间上的第三脉冲区段6c，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述高的脉冲高台结束时的功率的至少3/4并且接着较平缓地下降，该第三脉冲区段用于回填蒸发通道；和在时间上的第四脉冲区段6d，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度处于所述高的脉冲高台结束时的功率的1/3至1/4之间，所述第四脉冲区段用于使熔液的振动衰减。
在激光脉冲31和32的情况下，第一脉冲区段6a的上升的脉冲边沿具有两个带有不同斜度的边沿段6a1；6a2，即：较陡地上升的第一边沿区段6a1，用于在工件2中产生熔化温度；和不那么陡地上升的第二边沿区段6a2，用于在工件2中产生蒸发温度。而在激光脉冲33的情况下，第一脉冲区段6a的上升的脉冲边沿连贯地具有相同的斜度。
然后，第一脉冲区段6a的上升的脉冲边沿转变成主脉冲区段6b的高的脉冲高台，具体地说或者如在激光脉冲31、32的情况下那样转变成水平的高台或者如在激光脉冲33的情况下那样转变成上升的高台。主脉冲区段6b的时长越长，则焊入深度越深。优选地，主脉冲区段的时长为约1ms至约20ms之间。所述高的脉冲高台结束时的脉冲功率很大程度上取决于焦点位置并且优选为1600W至6000W之间。
在全部的激光脉冲31、32、33的情况下，第三脉冲区段6c都具有垂直地下降到所述高的脉冲高台结束时的功率的至少3/4的边沿区段6c1，该边沿区段随后转变成较平缓地下降的边沿区段6c2。第三脉冲区段6c的时长优选处于约0.3ms至约4ms之间，而第四脉冲区段6d的最短时长优选处于约0.5ms至约3ms之间。第四脉冲区段6d的更长的时长是可能的，但是不起作用。
如在图1b中示出的那样，激光脉冲31、32、33以钟形功率密度分布成像到工件表面7上，该钟形功率密度分布导致逐渐地(即不突然地)从内向外下降的温度轮廓。温度柔和地向外下降阻碍熔液的喷发，使得不会在工件表面7上形成喷溅物或仅形成少量喷溅物。为了实现工件表面7上的钟形的功率密度分布，将激光脉冲3散焦为具有扩宽到光纤直径的至少二至四倍的直径地到成像工件表面7上。即在光纤直径为约100-200μm时，激光脉冲3以200-800μm的直径成像到工件表面7上。在光导纤维5和工件2之间布置有扩宽光具8(例如具有准直透镜和聚焦透镜的透镜光具)。以顶帽分布从光导纤维5射出的激光脉冲3的直径扩宽通过将激光脉冲3的焦点相应远地布置在工件表面7的上方，即通过激光脉冲3相对于工件表面7的散焦来进行。
图3示意性地示出在根据本发明的点焊方法中工件2的不同阶段(a)至(e):
通过涉及的第一脉冲区段6a将上面的工件2首先从工件表面7开始熔化，使得形成熔液9(阶段(a))，然后该熔液也开始蒸发。
第二脉冲区段6b在熔液9中附加地构成蒸发通道(锁眼)10(阶段(b))并且构成用于产生熔池的、真正的主脉冲。所述蒸发通道10延伸直到下面的工件2中。
所述主脉冲通过第三脉冲区段6c的垂直的脉冲边沿6c1终止，并且第三脉冲区段6c的较平缓地下降的脉冲边沿6c2引起蒸发通道10经过较长的时间段回复原状(阶段(c)，由此仅出现熔液9弱的喷发并且仅出现少量的喷溅物。
通过第四脉冲区段6d的低的高台使熔液9经过较长的时间段冷却(阶段(d))，由此在没有喷溅物的情况下实现熔液9的缓慢的振动衰减和凝固(阶段(e))。
在按位置和在时间上的温度引导的组合，与通过激光的波长使能量被可靠地接收到工件2中相结合，使得能实现无喷溅物的、并且产生在尺寸方面可重复的焊点11的激光焊接方法。如试验已进一步示出的那样，不同于“红外”焊点，“绿光”焊点11与工件表面的情况无关并且具有高的直径恒定性。在所述激光焊接的情况下，在熔化温度下构成另一表面，确切地说在用红外激光辐射焊接时构成很好的并且完全光滑的镜面，而在用绿色的激光辐射焊接时构成不那么好的并且拱曲的镜面，该镜面与原始的表面情况无关。
Claims (17)
1.用于借助波长为500至540nm的激光脉冲(31，32，33)来点焊工件(2)以产生大于0.5mm的焊入深度的方法，其中，所述激光脉冲(31，32，33)具有时长在1ms至20ms之间的主脉冲区段(6b)，该主脉冲区段具有1600W至6000W之间的脉冲峰值功率，
其特征在于，所述激光脉冲(31，32，33)的功率分别具有在时间上的脉冲走向，该在时间上的脉冲走向具有：在时间上的第一脉冲区段(6a)，其呈上升的脉冲边沿的形式，该第一脉冲区段用于在所述工件(2)中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；作为在时间上的第二脉冲区段的所述主脉冲区段(6b)，该主脉冲区段用于在所述工件(2)中产生带蒸发通道(10)的熔池；在时间上的第三脉冲区段(6c)，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述主脉冲区段(6b)结束时的功率的3/4以下并且接着较平缓地下降，该第三脉冲区段用于回填所述蒸发通道(10)；和在时间上的第四脉冲区段(6d)，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度处于所述主脉冲区段(6b)结束时的功率的1/3至1/4之间，该第四脉冲区段用于使熔液(9)的振动衰减。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主脉冲区段(6b)构造为水平的脉冲高台或上升的脉冲高台。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一脉冲区段(6a)的上升的脉冲边沿在边沿开始时具有比在边沿结束时大的斜度。
4.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第三脉冲区段(6c)的时长为0.3ms至4ms之间。
5.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第四脉冲区段(6d)具有0.5ms至3ms之间的时长。
6.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光脉冲(31，32，33)分别以钟形的、按位置的功率密度分度成像到工件表面(7)上。
7.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述工件表面(7)上的钟形的、按位置的功率密度通过以所述激光脉冲(31，32，33)的顶帽分布对焦点进行散焦来产生。
8.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，钟形的、按位置的功率密度通过透镜光具(8)产生，所述透镜光具在焦点中由所述激光脉冲(31，32，33)的顶帽分布产生所述工件表面(70)上的钟形分布。
9.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，在光导纤维(5)中被引导的激光脉冲(31，32，33)在其射到工件表面(7)上之前被扩宽到光纤直径的至少二倍。
10.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光脉冲在其射到工件表面(7)上之前被扩宽到光纤直径的至少四倍。
11.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，从所述光导纤维(5)射出的激光脉冲(31，32，33)的所述直径扩宽通过将该激光脉冲(31，32，33)的焦点相应远地布置在工件表面(7)的上方来进行。
12.用于对工件(2)进行激光焊接的激光焊接装置(1)，所述激光焊接装置具有用于产生激光脉冲(31，32，33)的激光射束产生器(4)，所述激光脉冲具有500至540nm的波长并且具有时长在1ms至20ms之间的主脉冲区段(6b)，该主脉冲区段的脉冲峰值功率处于1600W至6000W之间，
其特征在于，所述激光脉冲(31，32，33)的功率分别具有在时间上的脉冲走向，该在时间上的脉冲走向具有：在时间上的第一脉冲区段(6a)，其呈上升的脉冲边沿的形式，该第一脉冲区段用于在所述工件(2)中产生熔化温度并接着产生蒸发温度；作为在时间上的第二脉冲区段(6b)的所述主脉冲区段(6b)，其呈高的脉冲高台的形式，该主脉冲区段用于在所述工件(2)中产生带蒸发通道(10)的熔池；在时间上的第三脉冲区段(6c)，其呈脉冲边沿的形式，该脉冲边沿首先垂直地下降到所述高的脉冲高台结束时的功率的3/4以下并且接着较平缓地下降，该第三脉冲区段用于回填蒸发通道；和在时间上的第四脉冲区段(6d)，其呈低的脉冲高台的形式，该低的脉冲高台的高度处于所述高的脉冲高台结束时的功率的1/3至1/4之间，该第四脉冲区段用于使熔液(9)的振动衰减。
13.根据权利要求12所述的激光焊接装置，其特征在于，设置有光导纤维(5)，其用于将所述激光脉冲(31，32，33)从所述激光射束产生器(4)引导向所述工件(2)。
14.根据权利要求13所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光脉冲(31，32，33)以散焦成具有扩宽到光纤直径的至少二倍的直径的方式射到所述工件表面(7)上。
15.根据权利要求14所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光脉冲(31，32，33)以散焦成具有扩宽到光纤直径的至少四倍的直径的方式射到所述工件表面(7)上。
16.根据权利要求14所述的激光焊接装置，其特征在于，在所述光导纤维(5)之后布置有扩宽光具(8)，所述扩宽光具将射到所述工件表面(7)上的激光脉冲(31，32，33)的直径扩宽到光纤直径的至少二倍。
17.根据权利要求16所述的激光焊接装置，其特征在于，所述扩宽光具将射到所述工件表面(7)上的激光脉冲(31，32，33)的直径扩宽到光纤直径的至少四倍。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014201715.7A DE102014201715A1 (de) | 2014-01-31 | 2014-01-31 | Verfahren und Vorrichtung zum Punktschweißen von Werkstücken mittels Laserpulsen mit grüner Wellenlänge |
| DE102014201715.7 | 2014-01-31 | ||
| PCT/EP2015/050470 WO2015113811A1 (de) | 2014-01-31 | 2015-01-13 | Verfahren und vorrichtung zum punktschweissen von werkstücken insbesondere aus kupfer, kupferlegierungen, gold oder schmuckwerkstoffen mittels laserpulsen mit grüner wellenlänge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105980100A CN105980100A (zh) | 2016-09-28 |
| CN105980100B true CN105980100B (zh) | 2018-05-18 |
Family
ID=52396661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201580006776.7A Expired - Fee Related CN105980100B (zh) | 2014-01-31 | 2015-01-13 | 借助绿光波长的激光脉冲点焊尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件的方法和装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10610962B2 (zh) |
| EP (1) | EP3099445B1 (zh) |
| JP (1) | JP6198962B2 (zh) |
| KR (1) | KR101893276B1 (zh) |
| CN (1) | CN105980100B (zh) |
| DE (1) | DE102014201715A1 (zh) |
| WO (1) | WO2015113811A1 (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015218564B4 (de) * | 2015-09-28 | 2020-07-30 | Trumpf Laser Gmbh | Laserbearbeitungsmaschine und Verfahren zum Laserschweißen von Werkstücken |
| WO2018144524A1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | Nuburu Inc. | Methods and systems for welding copper using blue laser |
| CN109014570A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-12-18 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种用于紫铜的激光焊接方法及装置 |
| CN107464122A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-12 | 华禧文化（深圳）有限公司 | 一种首饰的防伪方法及防伪*** |
| US11975405B2 (en) * | 2017-11-20 | 2024-05-07 | Ipg Photonics Corporation | System and method laser for processing of materials |
| JP6845170B2 (ja) * | 2018-03-13 | 2021-03-17 | 株式会社東芝 | レーザ加工方法 |
| KR20200134252A (ko) * | 2018-03-20 | 2020-12-01 | 인디언 스페이스 리서치 오거너제이션 | 밀폐된 리튬 이온 셀 및 그 제조 방법 |
| CN108581200A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-09-28 | 英诺激光科技股份有限公司 | 多波长输出的激光焊接装置及应用该装置的加工方法 |
| DE102019103668A1 (de) * | 2019-02-13 | 2020-08-13 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren zum Fügen von Kupfer-Hairpins und Stator |
| CN111774728B (zh) * | 2019-04-03 | 2022-07-05 | 通快激光与***工程有限公司 | 定子铜线焊接方法及控制器、激光加工机和可读程序载体 |
| DE102019214891A1 (de) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Verfahren zum Laserlöten, insbesondere von Stahlkarosserieteilen |
| US20230088160A1 (en) * | 2020-03-12 | 2023-03-23 | Aisin Corporation | Method for manufacturing stator for rotary electric machine |
| JP7460403B2 (ja) * | 2020-03-12 | 2024-04-02 | 株式会社アイシン | 回転電機用ステータ製造方法 |
| DE102021201938A1 (de) | 2021-03-01 | 2022-09-01 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren und Vorrichtung zum Fügen zweier Bauteile |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0550278A (ja) * | 1991-08-22 | 1993-03-02 | Nec Corp | レーザによるめつき材料の溶接方法 |
| JP2005288481A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Shibaura Mechatronics Corp | 高反射部材のレーザ溶接方法 |
| RU2269401C2 (ru) * | 2003-02-17 | 2006-02-10 | Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины" | Способ лазерной сварки металлов |
| CN103108721A (zh) * | 2010-06-03 | 2013-05-15 | 罗芬-拉萨格股份公司 | 每个激光脉冲功率有变化的尤其用于焊接的脉冲激光加工方法和设备 |
| CN103477427A (zh) * | 2011-03-31 | 2013-12-25 | 伊雷克托科学工业股份有限公司 | 使用多个量身定做的激光脉冲波形来激光处理工件的方法和*** |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59407137D1 (de) * | 1994-03-28 | 1998-11-26 | Inpro Innovations Gmbh | Verfahren zur Überwachung der Einschweisstiefe in Werkstücken beim Laserstrahlschweissen |
| JP3455044B2 (ja) * | 1997-01-20 | 2003-10-06 | 株式会社東芝 | レーザ溶接方法、二次電池の製法及びレーザ溶接装置 |
| JP4873588B2 (ja) * | 2001-03-16 | 2012-02-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | レーザ溶接方法 |
| JP4357944B2 (ja) * | 2003-12-05 | 2009-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 固体レーザ加工装置およびレーザ溶接方法 |
| JP4799911B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置及び半導体増幅装置 |
| DE102007038502B4 (de) | 2007-08-14 | 2013-01-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels eines Laserstrahls |
| DE102009057997A1 (de) * | 2009-12-11 | 2011-06-22 | Daimler AG, 70327 | Verfahren zum Verschweißen von zwei Metallbauteilen |
| JP5827454B2 (ja) * | 2010-03-08 | 2015-12-02 | 株式会社神戸製鋼所 | レーザー・アーク複合溶接方法及び該溶接方法による溶接部材の製造方法 |
| KR101670155B1 (ko) * | 2012-05-15 | 2016-10-27 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 용접 방법, 용접 장치 및 전지의 제조 방법 |
-
2014
- 2014-01-31 DE DE102014201715.7A patent/DE102014201715A1/de not_active Ceased
-
2015
- 2015-01-13 CN CN201580006776.7A patent/CN105980100B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-01-13 JP JP2016549361A patent/JP6198962B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2015-01-13 KR KR1020167020586A patent/KR101893276B1/ko active IP Right Grant
- 2015-01-13 WO PCT/EP2015/050470 patent/WO2015113811A1/de active Application Filing
- 2015-01-13 EP EP15701114.9A patent/EP3099445B1/de not_active Not-in-force
-
2016
- 2016-07-29 US US15/223,308 patent/US10610962B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0550278A (ja) * | 1991-08-22 | 1993-03-02 | Nec Corp | レーザによるめつき材料の溶接方法 |
| RU2269401C2 (ru) * | 2003-02-17 | 2006-02-10 | Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины" | Способ лазерной сварки металлов |
| JP2005288481A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Shibaura Mechatronics Corp | 高反射部材のレーザ溶接方法 |
| CN103108721A (zh) * | 2010-06-03 | 2013-05-15 | 罗芬-拉萨格股份公司 | 每个激光脉冲功率有变化的尤其用于焊接的脉冲激光加工方法和设备 |
| CN103477427A (zh) * | 2011-03-31 | 2013-12-25 | 伊雷克托科学工业股份有限公司 | 使用多个量身定做的激光脉冲波形来激光处理工件的方法和*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017504486A (ja) | 2017-02-09 |
| KR101893276B1 (ko) | 2018-08-29 |
| KR20160110407A (ko) | 2016-09-21 |
| WO2015113811A1 (de) | 2015-08-06 |
| DE102014201715A1 (de) | 2015-08-06 |
| EP3099445A1 (de) | 2016-12-07 |
| JP6198962B2 (ja) | 2017-09-20 |
| US20160332254A1 (en) | 2016-11-17 |
| US10610962B2 (en) | 2020-04-07 |
| CN105980100A (zh) | 2016-09-28 |
| EP3099445B1 (de) | 2017-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105980100B (zh) | 借助绿光波长的激光脉冲点焊尤其由铜、铜合金、金或首饰材料构成的工件的方法和装置 | |
| CA3026330C (en) | Laser processing apparatus and method | |
| CN106312314B (zh) | 双激光束焊接***及方法 | |
| CN109803934A (zh) | 用于激光处理的装置和方法 | |
| US20120031883A1 (en) | Laser machining device and laser machining method | |
| CN106077953A (zh) | 一种对金属薄板进行纳秒激光焊接的方法和*** | |
| CN106735943A (zh) | 一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法 | |
| JP6190855B2 (ja) | レーザ加工方法およびレーザ加工装置 | |
| CN105916627A (zh) | 激光焊接方法以及焊接接头 | |
| JP5642493B2 (ja) | レーザ切断装置及びレーザ切断方法 | |
| KR20200128729A (ko) | 게이트형 ｃｗ 및 쇼트 펄스 레이저를 사용한 레이저 드릴링 및 기계 가공 향상 | |
| CN108356414A (zh) | 一种激光焊接点的激光路径及激光焊接方法 | |
| JP2008055478A (ja) | 仕上げ加工方法 | |
| JP2004154813A (ja) | レーザ加工方法および装置 | |
| US20080053971A1 (en) | Via hole machining method | |
| CN108115274A (zh) | 一种激光加工***及方法 | |
| JP2011115853A (ja) | レーザ加工装置及びその方法 | |
| CN111302609A (zh) | 一种双激光束复合焊接玻璃的方法及装置 | |
| JP4589760B2 (ja) | レーザ加工方法 | |
| JP2014221488A (ja) | 肉盛溶接装置及び肉盛溶接システム | |
| CN111069786B (zh) | 激光开槽装置及方法 | |
| CN105234556A (zh) | 激光加工装置 | |
| JP6416801B2 (ja) | 加工ヘッドのアプローチ機能を有するレーザ加工機 | |
| JP2016078024A (ja) | ピアス加工方法及びレーザ加工機 | |
| JP2014046338A (ja) | レーザ加工装置、成形パンチ、及びレーザ穴明け加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180518 |