CN108581200A - 多波长输出的激光焊接装置及应用该装置的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长输出的激光焊接装置，可根据加工工件材料的不同选择适当波长组合，在应对不同材料的工件焊接加工时，根据需求选择最适宜的波长，提高了激光焊接的效率和焊接质量。将不同输出波长拟合到同一装置中，得到了一种结构紧凑、功能完善的激光器，解决了传统单一波长输出的激光器不能针对性地处理不同材料、加工效率和质量低的问题。还公开了一种加工方法，根据微焊接的需要选取合适的波长组合，工件对其中至少一种波长具有低反射和/或高吸收作用，先用此波长的激光束对工件表面进行预处理，待焊接工件表面温度升高、表面粗糙化，使得工件材料对其它波长激光束的反射率下降，吸收率上升，从而有效利用激光器输出的各个波长。

Description

多波长输出的激光焊接装置及应用该装置的加工方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体地说涉及一种具有多波长输出的激光焊接装置及应用该激光焊接装置的加工方法。

背景技术

激光焊接是将高强度激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接，激光焊接是激光加工技术的重要应用方面之一，激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向工件内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数使工件熔化，然后将两工件熔接在一起。激光焊接技术具有高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的优点，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、生物医学微电子行业等领域得到了广泛应用。

目前，用于焊接的激光器通常包括一个激光光源，其输出单一波长的激光束，进行焊接，但是不同的加工工件对不同波长的激光吸收能力不同，使得单一波长的激光器焊接时可能存在工件材料对该波长的激光高反射、低吸收的问题，使得激光器的输出能量无法得到有效利用，从而导致激光焊接效率低、质量差，这种激光器无法根据不同材料调节输出的激光波长，应用范围较窄。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于传统激光器仅包括一个激光光源，激光焊接时仅能输出单一波长，无法针对不同材料有针对性地选取输出波长，导致激光焊接效率低、质量差，从而提出一种可输出至少两束不同波长激光束的激光焊接装置及利用该激光焊接装置进行激光加工的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种多波长输出的激光焊接装置，所述激光焊接装置包括沿激光光路顺次设置的多波长激光器、扩束机构、衍射光学元件、振镜、集束机构和载物机构，所述多波长激光器用于输出至少两束不同波长的激光束。

作为优选，不同波长的激光束同轴输出。

作为优选，所述不同波长的激光束包括红外激光束、绿光激光束、紫外激光束中的至少两种。

作为优选，不同波长的激光束以20ns-100μs的时间间隔依次输出。

作为优选，不同波长的激光束激光光斑完全重合或光斑间间隔10-60个光斑直径的距离。

作为优选，还包括控制机构，所述控制机构用于控制所述多波长激光器输出不同波长的激光束。

作为优选，所述扩束机构为激光扩束镜，所述集束机构为平凸透镜、双凸透镜或扫描透镜。

本发明还提供一种利用所述的多波长输出的激光焊接装置进行加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将待焊接工件固定于载物机构表面；

S2、根据待焊接工件的特性设定激光波长组合和参数；

S3、向工件表面发射第一波长的激光束，使工件表面温度升高至表面粗糙化；

S4、向工件表面发射第二波长的激光束，对焊接工件进行焊接。

作为优选，所述待焊接工件对所述第一波长的激光束反射率低、吸收率高。

作为优选，所述第一波长的激光束与所述第二波长的激光束的频率根据工件特性选择为基频、二倍频或三倍频。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的多波长输出的激光焊接装置，可根据加工工件材料的不同选择适当波长组合，该工件对其中至少一种波长激光具有高吸收和/或低反射的特点，在应对不同材料的工件焊接加工时，根据需求选择最适宜的波长，提高了激光焊接的效率和焊接质量。将不同输出波长拟合到同一装置中，得到了一种结构紧凑、功能完善的激光器，解决了传统单一波长输出的激光器不能针对性地处理不同材料、加工效率和质量低的问题。

(2)本发明所述的加工方法，根据微焊接的需要选取合适的波长组合，待焊接工件对其中至少一种波长具有低反射和/或高吸收作用，首先用此波长的激光束对工件表面进行预处理，使待焊接工件表面温度升高，并且表面粗糙化，使得工件材料对其它波长激光束的反射率下降，吸收率上升，从而有效利用激光器输出的各个波长。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例所述的多波长输出的激光焊接装置的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-多波长激光器；2-扩束机构；3-衍射光学元件；4-振镜；5-集束机构；6-集束机构；7-控制机构。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种多波长输出的激光焊接装置，其用于对工件进行微焊接，所述激光焊接装置如图1所示，其包括沿激光光路顺次设置的多波长激光器1、扩束机构2、衍射光学元件3、振镜4、集束机构5和载物机构6，还包括控制机构7，所述控制机构7与所述多波长激光器1、振镜4和载物机构6信号连接，用于调控上述机构，所述多波长激光器1用于输出至少两束不同波长的激光束，所述不同波长的激光束同轴输出。

具体地，所述多波长激光器1可输出至少两种不同波长的激光束：如红外激光束+绿光激光束、红外激光束+紫外激光束、绿光激光束+紫外激光束或红外激光束+绿光激光束+紫外激光束。

为实现对工件的高效焊接，上述不同波长的激光束以20ns-100μs的时间间隔顺次输出，如对于红外激光束+绿光激光束这一实施方式，所述控制机构7控制所述多波长激光器1首先输出波长处于红外波段的红外激光束，然后在20ns后输出波长处于绿光波段的绿光激光束；或者作为可变换的实施方式，对于红外激光束+紫外激光束这一组合，控制机构7首先控制多波长激光器1输出波长处于红外波段的红外激光束，然后在100μs后输出波长处于紫外波段的紫外激光束；或者对于红外激光束+绿光激光束+紫外激光束这一实施方式，所述控制机构7首先控制多波长激光器1输出波长处于红外波段的红外激光束，然后在20μs后输出波长处于绿光波段的绿光激光束，再在100ns后输出波长处于紫外波段的紫外激光束。

另外，不同波长的激光束也可以一定的空间间隔输出：所述控制机构7可控制第一激光束与后续激光束在空间位置上重合，即不同波长的激光束在工件表面形成的光斑完全重合；或者不同波长的激光束在空间位置上有差异，即不同波长的激光束在工件表面形成的光斑之间有间隔，间隔尺寸为10-60个光斑的直径之和。

进一步地，所述控制机构7为集成有控制软件的计算机，所述扩束机构2为激光扩束镜，所述集束机构5为平凸透镜、双凸透镜或扫描透镜，本实施例中采用双凸透镜，所述振镜4为X-Y振镜，镜片可在X、Y轴方向转动，对激光束起到反射作用从而实现对激光光束的偏转效果，振镜连接有角度测量传感器，用于测量X、Y振镜的偏转角度并将测得的信息传送给控制单元7。所述载物机构6为X-Y轴移动平台，可在控制单元7的调控下沿X、Y方向带动待焊接工件移动。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述的激光焊接装置进行加工的方法，其包括如下步骤：

S1、将待焊接工件置于载物机构6表面，并通过控制载物机构6的移动将待焊接工件调整至适宜于加工的位置。

S2、根据待焊接工件的材料特性，设定激光波长的组合和功率、频率等参数。

S3、启动多波长激光器1等机构，进行焊接，焊接过程中，首先控制机构7控制多波长激光器输出第一波长的激光束，本实施例中，第一波长的激光束为红外激光束。

S2、控制机构7控制所述多波长激光器1在50μs后输出第二波长的激光束，本实施例中，第二波长的激光束为紫外激光束，所述红外激光束与紫外激光束在工件表面形成的光斑间距为20个光斑直径的距离之和，所述工件对第一波长的激光束具有反射率低、吸收率高的特点，使得第一激光束对工件表面进行加热、温度升高甚至有熔融等相变过程发生，并且表面粗糙化，从而使得加工工件对第二波长激光束的反射率下降、吸收率上升，高效利用了不同波长的激光，根据工件的材料性质，第一波长、第二波长的激光束频率可设定为基频、二倍频或三倍频，对于基频，在激光器满功率之内任意可调；对于二倍频和三倍频，在满功率最大转换效率内任意可调。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置包括沿激光光路顺次设置的多波长激光器、扩束机构、衍射光学元件、振镜、集束机构和载物机构，所述多波长激光器用于输出至少两束不同波长的激光束。

2.根据权利要求1所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，不同波长的激光束同轴输出。

3.根据权利要求2所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，所述不同波长的激光束包括红外激光束、绿光激光束、紫外激光束中的至少两种。

4.根据权利要求3所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，不同波长的激光束以20ns-100μs的时间间隔依次输出。

5.根据权利要求3所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，不同波长的激光束激光光斑完全重合或光斑间间隔10-60个光斑直径的距离。

6.根据权利要求4或5所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，还包括控制机构，所述控制机构用于控制所述多波长激光器输出不同波长的激光束。

7.根据权利要求6所述的多波长输出的激光焊接装置，其特征在于，所述扩束机构为激光扩束镜，所述集束机构为平凸透镜、双凸透镜或扫描透镜。

8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的多波长输出的激光焊接装置进行加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将待焊接工件固定于载物机构表面；

S2、根据待焊接工件的特性设定激光波长组合和参数，进行焊接；

S3、向工件表面发射第一波长的激光束，使工件表面温度升高至表面粗糙化；

S4、向工件表面发射第二波长的激光束，对焊接工件进行焊接。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述待焊接工件对所述第一波长的激光束反射率低、吸收率高。

10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述第一波长的激光束与所述第二波长的激光束的频率根据工件特性选择为基频、二倍频或三倍频。