專利名稱：激光復合焊接方法與系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用激光束加工領域，尤其涉及一種激光復合焊接方法與系統(tǒng)。
背景技術：
激光焊接是一種非接觸式焊接方式，具有免于填料，熱變形小，外形美觀，精細度高，速度快等優(yōu)點，適用于多種場合，特別是微小區(qū)域的精密焊接，因此被廣泛應用于航空航天、軍事、汽車制造、電子電氣、半導體、家具制造、通訊器件等領域。目前普通的激光焊接設備主要包括一個激光光源，該激光光源通過一個準直裝置將其投射到一個聚焦鏡片上，使激光聚焦，并在焦點附近設置焊接頭，從而實現(xiàn)激光焊接。在有些行業(yè)應用中，雖然用普通的激光焊接設備可以完成，但是需要極高的功率。如某些電機磁芯焊接需要用到2000W甚至以上的連續(xù)激光束，激光光源的造價跟激光功率有很大關系，功率越高，價格就越貴。并且由于功率高，對激光相關器件、加工環(huán)境、安全防護等方面也提出了更高的要求，在一定程度上限制了激光焊接技術的廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種激光復合焊接方法與系統(tǒng)。可利用小功率的激光束來完成大功率的焊接，降低了激光焊接設備的制造和使用成本。為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供了一種復路激光焊接方法，該方法包括以下步驟:發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率；發(fā)射所述第二波長的激光，所述第二波長的激光的波長不等于所述第一波長的激光的波長；將所述第一波長的激光及所述第二波長的激光合成一束激光，同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。其中，所述第一波長的激光是連續(xù)激光，所述第二波長的激光是脈沖激光。其中，所述第一波長的激光的功率小于或大于所述第二波長的激光的功率。其中，所述第一波長的激光的焦點大于所述第二波長的激光的焦點。其中，所述第一波長的激光的波長小于所述第二波長的激光的波長。另外，本發(fā)明還提供了一種復路激光焊接裝置，包括第一激光器、第二激光器和焊接頭，所述第一激光器發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率；所述第二激光器發(fā)射所述第二波長的激光；所述焊接頭接收所述第一波長的激光及第二波長的激光，將所述第一波長的激光及第二波長的激光同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。所述復路激光焊接裝置還包括第一光纖及第二光纖，所述第一光纖連接于所述第一激光器及所述焊接頭之間，用于傳輸所述第一波長的激光，所述第二光纖連接于所述第二激光器及所述焊接頭之間，用于傳輸所述第二波長的激光。其中，所述第一光纖由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第一波長的激光的折射率比所述石英包層對所述第一波長的激光的折射率大，所述第二光纖由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第二波長的激光的折射率比所述石英包層對所述第二波長的激光的折射率大。其中，所述焊接頭包括第一準直系統(tǒng)、第二準直系統(tǒng)、反射鏡、合束鏡、聚焦鏡和保護片，所述第一準直系統(tǒng)連接于所述第一光纖及所述合束鏡之間，用于將所述第一波長的激光變成平行光，所述第二準直系統(tǒng)連接于所述第二光纖及所述反射鏡之間，用于將所述第二波長的激光變成平行光，所述合束鏡位于所述反射鏡、第一準直系統(tǒng)及聚焦鏡之間，所述第一波長的激光經(jīng)所述第一準直系統(tǒng)出射到所述合束鏡上，所述第二波長的激光經(jīng)所述第二準直系統(tǒng)及所述反射鏡出射到所述合束鏡上，所述第一波長的激光及所述第二波長的激光經(jīng)所述合束鏡合成一束光，所述合成的一束光經(jīng)所述聚焦鏡聚焦后射出到所述保護片，并從所述保護片射出，聚焦到待焊接零件上，所述保護片鍍有的增透膜。其中，所述復路激光焊接裝置包括控制系統(tǒng)及工作臺，所述控制系統(tǒng)包括依次電連接的計算機、運動控制器、端子板和伺服驅動器，所述計算機控制所述第一激光器及第二激光器以預設的參數(shù)在預設的時刻發(fā)射激光，所述運動控制器及端子板控制所述伺服驅動器，以驅動工作臺按照預設的速度和方向運動。本發(fā)明實施例的復路激光焊接方法利用所述第一波長的激光的連續(xù)激光對待焊接工件照射實現(xiàn)預熱，同時用所述第二波長的激光的脈沖激光焊接，可以達到高功率激光焊接的效果和速度，而造價可便宜很多，對如散熱、功耗等各方面的要求也有所降低。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明提供的復路激光焊接裝置的示意 圖2是圖1的復路激光焊接裝置的部分組件的示意 圖3是圖1的復路激光焊接裝置的部分組件的示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。在本發(fā)明實施例中，通過第一波長的激光改變待焊接零件的表面特性，增加待焊接零件對第二波長的激光的有效吸收，從而可利用小功率的激光束來完成大功率的焊接，降低了激光焊接設備的制造和使用成本。本發(fā)明提供一種復路激光焊接方法，該方法包括以下步驟:
發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率。本實施方式中，所述第一波長的激光是功率為300W的連續(xù)激光，所述第二波長的激光是功率為400W的脈沖激光。所述第一波長的激光的功率小于所述第二波長的激光的功率，所述第一波長的激光的波長小于所述第二波長的激光的波長。當然，在其他實施方式中，所述第一波長的激光也可以大于第二波長的激光。所述第一波長的激光可以改變待焊接工件的表面特性，使之對所述第二波長的激光的吸收率大大增加。所述待焊接工件為電機磁芯材料。當然，在其他實施方式中，只要所述第一波長的激光能夠增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率。所述第一波長的激光及第二波長激光的功率不限于300W及400W。所述待焊接工件也可以是其他材料的工件，如金屬等材料。發(fā)射所述第二波長的激光，所述第二波長的激光的波長不等于所述第一波長的激光的波長。將所述第一波長的激光及所述第二波長的激光合成一束激光，同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。本實施方式中，所述第一波長的激光的焦點大于所述第二波長的激光的焦點，提高預熱面積。由于激光的焦點處有較高的功率密度，所以可以使金屬熔化，從而實現(xiàn)焊接。通過實驗發(fā)現(xiàn)，利用所述第一波長的激光的連續(xù)激光對待焊接工件照射實現(xiàn)預熱，同時用所述第二波長的激光的脈沖激光焊接，可以達到2000W激光焊接的效果和速度，而造價可便宜很多，對如散熱、功耗等各方面的要求也有所降低。請參閱圖1至圖3，本發(fā)明提供的一種復路激光焊接裝置100，所述復路激光焊接裝置100包括第一激光器10、第二激光器20、第一光纖30、第二光纖40、焊接頭50、控制系統(tǒng)60及工作臺70。所述第一激光器10發(fā)射第一波長的激光LI,所述第一波長的激光LI用于增加待焊接工件200對第二波長激光L2的吸收率。本實施方式中，所述第一波長的激光LI為連續(xù)激光，所述第一波長的激光LI的功率為300W，所述第一波長的激光LI的波長小于所述第二波長的激光L2的波長。所述第一激光器10的核心部分是PN結，PN結的兩個端面是按晶體的天然晶面剖切開，稱為解理面，這兩個表面極為光滑，用作平行反射鏡面，構成諧振腔。單個這樣的激光器稱為巴條，把很多個這樣的巴條按照一定的排列組合起來，就合并成了非常高的功率。所述第二激光器20發(fā)射所述第二波長的激光L2。所述第二激光器20發(fā)出脈沖激光的所述第二波長的激光L2。所述第二激光器20由激光電源(未圖示)、制冷系統(tǒng)(未圖示)和光學系統(tǒng)(未圖示)組成。所述激光電源放電總功率為16kw，放電頻率最高100Hz，最大放電能量100J，最大脈寬30ms。所述激光電源主要由充電模塊(未圖示)、放電模塊(未圖示)、調(diào)制模塊(未圖示)、控制模塊(未圖示)和保護模塊(未圖示)組成。所述充電模塊用于實現(xiàn)電壓的提升，所述放電模塊用于實現(xiàn)均勻而穩(wěn)定的放電。所述調(diào)制模塊用于調(diào)制電流源，將所述第二激光器20的輸出調(diào)制到音頻或者更高頻率。所述控制模塊用于所述激光電源的程序化控制。所述保護模塊用于保護所述第二激光器20。所述制冷系統(tǒng)包括內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和外制冷機組。由于所述第二激光器20電光轉換效率較低，通常只有3%，大量的電能轉換成熱能，熱能使所述內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的水溫升高，所述外制冷機組通過熱交換器，使所述內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中的水溫保持在正常水平。所述光學系統(tǒng)由泵浦源、晶體棒、諧振腔和光纖耦合系統(tǒng)組成。所述泵浦源為氙燈，由所述激光電源驅動。所述晶體棒俗稱摻釹釔鋁石榴石晶體，其吸收氙燈發(fā)出的光輻射，并通過所述諧振腔振蕩放大，發(fā)出一定波長的激光。發(fā)出的激光經(jīng)過所述光纖耦合系統(tǒng)出射。
所述第一光纖30連接于所述第一激光器10及所述焊接頭50之間，用于傳輸所述第一波長的激光LI。本實施方式中，所述第一光纖30由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第一波長的激光LI的折射率比所述石英包層對所述第一波長的激光LI的折射率大。所述第一光纖30外面有鎧甲保護。所述純石英核心的直徑為0.4_，對所述第一波長的激光LI的折射率比石英包層對所述第一波長的激光LI的折射率大，因而所述第一激光器10發(fā)出的激光，通過全反射在光纖4中傳導，可以將所述第一波長的激光LI傳輸至所述焊接頭50。所述第二光纖40連接于所述第二激光器20及所述焊接頭50之間，用于傳輸所述第二波長的激光L2。本實施方式中，所述第二光纖40由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第二波長的激光L2的折射率比所述石英包層對所述第二波長的激光L2的折射率大。所述第二光纖40由純石英核心和石英包層組成，外面有鎧甲保護。所述第二光纖40的純石英的直徑為0.6mm,對所述第二波長的激光L2的折射率比石英包層對所述第二波長的激光L2的折射率大，因而所述第二激光器20發(fā)出的激光，通過全反射在所述第二光纖40中傳導，可以將所述第二波長的激光L2傳輸至所述焊接頭50。所述焊接頭50接收所述第一波長的激光LI及第二波長的激光L2，將所述第一波長的激光LI及第二波長的激光L2同時聚焦于待焊接工件200上，對所述待焊接工件200進行焊接。本實施方式中，所述焊接頭50包括第一準直系統(tǒng)51、第二準直系統(tǒng)52、反射鏡53、合束鏡54、聚焦鏡55和保護片56。所述第一準直系統(tǒng)51連接于所述第一光纖20及所述合束鏡54之間。所述第一準直系統(tǒng)51用于將從所述第一光纖30中傳導的激光變成平行光。所述第一準直系統(tǒng)51由準直鏡片(未圖示)組成，準直鏡片鍍有光學薄膜，可以使相應波長的激光的透過率達99.5%以上。所述第二準直系統(tǒng)52連接于所述第二光纖40及所述反射鏡53之間。用于將從所述第二光纖40中傳導的激光變成平行光。所述第二準直系統(tǒng)52由準直鏡片(未圖示)組成，準直鏡片鍍有光學薄膜，可以使相應波長的激光的透過率達99.5%以上。所述反射鏡53為45度反射鏡，所述反射鏡53鍍有光學薄膜，當所述第二光纖40傳導的所述第二波長的激光L2經(jīng)過所述第二準直系統(tǒng)52后的平行光以45度入射角入射時，可以幾乎無損失的將光反射出去，根據(jù)光學定律，反射角也為45度。所述合束鏡54位于所述反射鏡53、第一準直系統(tǒng)51及聚焦鏡55之間，所述第一波長的激光LI經(jīng)所述第一準直系統(tǒng)51出射到所述合束鏡54上，所述第二波長的激光L2經(jīng)所述第二準直系統(tǒng)52及所述反射鏡53出射到所述合束鏡54上，所述第一波長的激光LI及所述第二波長的激光L2經(jīng)所述合束鏡54合成一束光。所述合束鏡54的兩面都鍍有光學薄膜，并且跟水平呈45度放置，所述第一光纖30中傳導的所述第一波長的激光LI變成平行光后，以45度角入射到所述合束鏡54上，被所述第一波長的激光LI照射的這個面鍍有特殊的光學薄膜，所述光學薄膜對于所述第一波長的激光LI，幾乎沒有損失的被反射，同時對于所述第二波長的激光L2，幾乎無損失的透射。所述合束鏡54被所述第二波長的激光L2照射的那一面，對所述第二波長的激光L2的入射角也剛好為45度，并且鍍有對所述第二波長的激光L2的減反射膜，可以使所述第二波長的激光L2幾乎幾損失的透過。所述第一波長的激光LI和所述第二波長的激光L2通過合束鏡54后,變成一路復合的光。所述合成的一束光經(jīng)所述聚焦鏡55聚焦后射出到所述保護片56，并從所述保護片56射出，聚焦到待焊接零件上，所述保護片56鍍有的增透膜。本實施方式中，所述聚焦鏡55由石英玻璃組成，有非常高的熔點，對所述第二波長的激光L2有一定的焦距。所述保護片56也由石英玻璃組成，但兩面都是平面，且都鍍有對所述第一波長的激光LI和所述第二波長的激光L2的增透膜。合成的一束光經(jīng)過所述聚焦鏡55和所述保護片56后，會聚成一個較小直徑的光點，由于此光點有較高的功率密度，以致于可以使金屬熔化，從而實現(xiàn)焊接。所述控制系統(tǒng)60包括依次電連接的計算機61、運動控制器(未圖示)、端子板(未圖示)和伺服驅動器(未圖示)。所述計算機61控制所述第一激光器10及第二激光器20以預設的參數(shù)在預設的時刻發(fā)射激光，所述運動控制器及端子板控制所述伺服驅動器，以驅動所述工作臺70按照預設的速度和方向運動。焊接時，所述第一波長的激光LI的焦點比所述第二波長的激光L2的焦點大，第一波長的激光LI比所述第二波長的激光L2的波長短，可以改變所述待焊接工件200的表面特性，使之對所述第二波長的激光L2的吸收率大大增加，從而可以用400W的所述第二波長的激光L2的激光的脈沖激光可以輕松完成焊接，達到2000W連續(xù)激光才能實現(xiàn)的效果。以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種復路激光焊接方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率； 發(fā)射所述第二波長的激光，所述第二波長的激光的波長不等于所述第一波長的激光的波長; 將所述第一波長的激光及所述第二波長的激光合成一束激光，同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。
2.如權利要求1所述的復路激光焊接方法，其特征在于，所述第一波長的激光是連續(xù)激光，所述第二波長的激光是脈沖激光。
3.如權利要求2所述的復路激光焊接方法，其特征在于，所述第一波長的激光的功率小于或大于所述第二波長的激光的功率。
4.如權利要求1所述的復路激光焊接方法，其特征在于，所述第一波長的激光的焦點大于所述第二波長的激光的焦點。
5.如權利要求4所述的復路激光焊接方法，其特征在于，所述第一波長的激光的波長小于所述第二波長的激光的波長。
6.一種復路激光焊接裝置，其特征在于:包括第一激光器、第二激光器和焊接頭，所述第一激光器發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率；所述第二激光器發(fā)射所述第二波長的激光，所述第二波長的激光的波長不等于所述第一波長的激光的波長；所述焊接頭接收所述第一波長的激光及第二波長的激光，將所述第一波長的激光及第二波長的激光同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。
7.如權利要求6所述的復路激光焊接裝置，其特征在于，所述復路激光焊接裝置還包括第一光纖及第二光纖，所述第一光纖連接于所述第一激光器及所述焊接頭之間，用于傳輸所述第一波長的激光，所述第二光纖連接于所述第二激光器及所述焊接頭之間，用于傳輸所述第二波長的激光。
8.如權利要求7所述的復路激光焊接裝置，其特征在于，所述第一光纖由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第一波長的激光的折射率比所述石英包層對所述第一波長的激光的折射率大，所述第二光纖由純石英核心和石英包層組成，所述純石英核心對所述第二波長的激光的折射率比所述石英包層對所述第二波長的激光的折射率大。
9.如權利要求7或8所述的復路激光焊接裝置，其特征在于，所述焊接頭包括第一準直系統(tǒng)、第二準直系統(tǒng)、反射鏡、合束鏡、聚焦鏡和保護片，所述第一準直系統(tǒng)連接于所述第一光纖及所述合束鏡之間，用于將所述第一波長的激光變成平行光，所述第二準直系統(tǒng)連接于所述第二光纖及所述反射鏡之間，用于將所述第二波長的激光變成平行光，所述合束鏡位于所述反射鏡、第一準直系統(tǒng)及聚焦鏡之間，所述第一波長的激光經(jīng)所述第一準直系統(tǒng)出射到所述合束鏡上，所述第二波長的激光經(jīng)所述第二準直系統(tǒng)及所述反射鏡出射到所述合束鏡上，所述第一波長的激光及所述第二波長的激光經(jīng)所述合束鏡合成一束光，所述合成的一束光經(jīng)所述聚焦鏡聚焦后射出到所述保護片，并從所述保護片射出，聚焦到待焊接零件上，所述保護片鍍有的增透膜。
10.如權利要求9所述的復路激光焊接裝置， 其特征在于，所述復路激光焊接裝置包括控制系統(tǒng)及工作臺，所述控制系統(tǒng)包括依次電連接的計算機、運動控制器、端子板和伺服驅動器，所述計算機控制所述第一激光器及第二激光器以預設的參數(shù)在預設的時刻發(fā)射激光，所述運動控制器及端子板控制所述伺服驅動器，以驅動工作臺按照預設的速度和方向運動 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復路激光焊接方法，該方法包括以下步驟發(fā)射第一波長的激光，所述第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率；發(fā)射所述第二波長的激光；將所述第一波長的激光及所述第二波長的激光合成一束激光，同時聚焦于待焊接工件上，對所述待焊接工件進行焊接。利用所述第一波長的激光的連續(xù)激光對待焊接工件照射實現(xiàn)預熱，同時用所述第二波長的激光的脈沖激光焊接，可以達到高功率激光焊接的效果和速度，而造價可便宜很多，對如散熱、功耗等各方面的要求也有所降低。另外，本發(fā)明還提供一種采用上述復路激光焊接方法的復路激光焊接裝置。
文檔編號B23K26/06GK103182604SQ20131007763
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權日2013年3月12日
發(fā)明者李忠浩, 熊政軍, 閻滌 申請人:鐳射谷科技(深圳)有限公司