本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)激光微焊接的方法。

背景技術(shù)：

目前微激光加工技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了生產(chǎn)和生活的許多方面,尤其是微型IT產(chǎn)品、電子元器結(jié)構(gòu)件的精密焊接需要先進(jìn)的設(shè)備、精細(xì)的工藝以及精確的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)上述微型結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)，通常需要對(duì)0.1mm以下的薄板材料、高反材料(如銅合金、鋁合金類)進(jìn)行焊接，要達(dá)到理想的焊接效果需要滿足以下特點(diǎn)：焊接熔池小、高溫及極短的工藝時(shí)間；焊接熔池的溫度極高，常常超過(guò)合金的沸點(diǎn)；在加熱過(guò)程中，隨著脈沖的持續(xù)，蒸發(fā)率也隨之快速上升；在脈沖終止時(shí)，由于焊接熔池的快速冷卻，蒸發(fā)率幾乎即刻降至極低值。顯然，較小的激光功率更適用于微焊接領(lǐng)域，它能夠在熱敏材料附近進(jìn)行熔焊連接，能夠?qū)崿F(xiàn)微小結(jié)構(gòu)件的連接，且無(wú)需任何物理接觸。

而焊接領(lǐng)域常用的ms級(jí)激光器或者連續(xù)激光器，由于其脈沖頻率低、峰值能量高，很難符合微米、納米量級(jí)精密焊接的特點(diǎn)，在對(duì)薄板進(jìn)行焊接時(shí)，極易造成薄板擊穿，并且難以做到0.1mm以下的焊點(diǎn)，因此其多用于0.2mm以上的中厚板焊接，而對(duì)0.1mm以下的薄板材料、高反材料焊接，卻望而卻步。

因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的激光焊接設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以使其適用于微焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是針對(duì)薄板、高反材料焊接獲得良好的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種實(shí)現(xiàn)激光微焊接的方法，使得現(xiàn)有ms級(jí)激光器能夠滿足0.1mm以下薄板材料、高反材料焊接的需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)激光微焊接的方法包括：

設(shè)置CW數(shù)字調(diào)制模式，包括設(shè)置調(diào)制信號(hào)的調(diào)制頻率、出光頻率及占空比；

根據(jù)該調(diào)制信號(hào)對(duì)激光加工設(shè)備的激光器出光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制；

激光器在其出光信號(hào)有效期間輸出多個(gè)短脈沖方波。

進(jìn)一步地，所述激光器為YAG激光器。

進(jìn)一步地，所述激光器為QCW光纖激光器。

進(jìn)一步地，所述激光器為連續(xù)光纖激光器。

進(jìn)一步地，所述設(shè)置CW數(shù)字調(diào)制模式的步驟，是通過(guò)對(duì)激光加工設(shè)備上位機(jī)控制軟件的修改實(shí)現(xiàn)的。

進(jìn)一步地，所述方波波長(zhǎng)為μs～ns可調(diào)。

進(jìn)一步地，所述調(diào)制頻率為10～50KHz。

進(jìn)一步地，所述占空比為10％～50％。

進(jìn)一步地，激光器單個(gè)出光周期輸出的脈沖方波數(shù)＜20。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有ms級(jí)激光器或者連續(xù)激光器的出光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使激光以較小平穩(wěn)的方波多脈沖形式出光，以較小的功率實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)多脈沖焊接，從而滿足0.1mm以下薄板材料、高反材料的焊接要求，實(shí)現(xiàn)ms級(jí)激光器在微米、納米量級(jí)精密微焊接領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明多脈沖形成焊點(diǎn)示意圖；

圖2是本發(fā)明連續(xù)出光模式下數(shù)字調(diào)制時(shí)序圖；

圖3是本發(fā)明脈沖出光模式下數(shù)字調(diào)制時(shí)序圖；

圖4(a)、4(b)是采用本發(fā)明方法對(duì)鋼板進(jìn)行疊焊的效果圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

傳統(tǒng)毫秒級(jí)激光器或者連續(xù)激光器，如YAG激光器、QCW光纖激光器、連續(xù)光纖激光器(但不僅限于上述激光器)在焊接薄不銹鋼板時(shí)，易擊穿且焊點(diǎn)較大；在焊接高反材料時(shí)，因其自身的不穩(wěn)定性以及在固態(tài)時(shí)對(duì)激光的吸收率低，常出現(xiàn)爆點(diǎn)、虛焊現(xiàn)象。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有激光焊接設(shè)備上位機(jī)的控制軟件進(jìn)行修改，在軟件中增設(shè)CW數(shù)字調(diào)制模式，設(shè)置調(diào)制信號(hào)的調(diào)制頻率、出光頻率及占空比等參數(shù)，根據(jù)該調(diào)制信號(hào)對(duì)激光器出光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使激光器出光信號(hào)有效期間輸出多個(gè)短脈沖方波，最終得以以較小的功率實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)多脈沖焊接，以滿足薄板、高反材料的焊接要求。通過(guò)多脈沖形成焊點(diǎn)的原理如圖1所示。

具體地，當(dāng)激光觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，即控制端口使能信號(hào)等于1時(shí)，控制信號(hào)無(wú)效；當(dāng)激光器觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，即控制端口使能信號(hào)等于0時(shí)，控制信號(hào)有效(反之亦可)。在現(xiàn)有激光加工設(shè)備中加入CW數(shù)字調(diào)制模式，即在設(shè)備上位機(jī)中對(duì)控制軟件進(jìn)行修改，加入調(diào)制頻率、出光頻率和占空比。其調(diào)制過(guò)程可參考圖2、圖3。

圖2為連續(xù)出光模式下加入CW數(shù)字調(diào)制后的時(shí)序圖，對(duì)于連續(xù)出光模式，通過(guò)給定調(diào)制頻率信號(hào)、占空比后，最終使得激光輸出波型為在其出光期間形成多個(gè)短脈沖波。其中t1為調(diào)制周期，t2為占空比，t1的倒數(shù)即為調(diào)制頻率。

圖3為脈沖出光模式下加入CW數(shù)字調(diào)制后的時(shí)序圖，對(duì)于脈沖出光模式，通過(guò)給定調(diào)制頻率信號(hào)、出光頻率信號(hào)、占空比后，最終實(shí)現(xiàn)激光器一個(gè)出光信號(hào)周期內(nèi)有多個(gè)短脈沖波，出光完成經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔后又重復(fù)出光。在脈沖出光模式下，調(diào)制頻率信號(hào)和出光頻率信號(hào)同步控制激光器輸出波型。其中t3為脈沖寬度，t4為脈沖間隔時(shí)間，t4的倒數(shù)即為出光頻率。

調(diào)制頻率范圍在幾KHz～幾千KHz內(nèi)可調(diào)，調(diào)制周期可從μs～ns級(jí)，每個(gè)輸出方波波長(zhǎng)從μs～ns可調(diào)，占空比0～100％。經(jīng)CW數(shù)字調(diào)制后，外控信號(hào)每觸發(fā)一次，在激光器觸發(fā)信號(hào)為低電平期間，即激光器出光期間會(huì)連續(xù)輸出多個(gè)方波，因此選擇CW數(shù)字調(diào)制后的脈沖方波，可以以較小且平穩(wěn)的激光功率進(jìn)行焊接，最終達(dá)到良好的焊接效果。

本實(shí)施例以厚度為0.09mm厚的304不銹鋼疊焊為例，對(duì)經(jīng)CW數(shù)字調(diào)制后的焊接效果進(jìn)行說(shuō)明。針對(duì)0.1mm以下的薄板疊焊，要求焊點(diǎn)在0.1mm以下，并要求有一定的強(qiáng)度。

在0.6×0.5mm區(qū)域內(nèi)焊接6×5的點(diǎn)陣，采用CW模式脈沖出光，設(shè)置出光時(shí)間，設(shè)定點(diǎn)間距為0.1mm，激光焊接功率為180W，出光頻率為10～50KHz，占空比為10～50％，出光時(shí)間設(shè)置為0.15ms，即外控觸發(fā)一次，調(diào)制后出光的脈沖數(shù)＜20，焊接效果如圖4(a)所示。

在0.6×0.5mm區(qū)域內(nèi)焊接6×5的點(diǎn)陣，采用CW模式脈沖出光，設(shè)置出光時(shí)間，設(shè)定點(diǎn)間距為0.1mm，激光焊接功率為170W，出光頻率為10～50KHz，占空比為10～50％，出光時(shí)間設(shè)置為0.1ms，即外控觸發(fā)一次，調(diào)制后出光的脈沖數(shù)＜20，焊接效果如圖4(b)所示。

由圖4(a)、4(b)可以看出，經(jīng)CW數(shù)字調(diào)制后，對(duì)薄板進(jìn)行焊接時(shí)未出現(xiàn)薄板被擊穿現(xiàn)象，焊點(diǎn)直徑在0.1mm范圍內(nèi)，焊點(diǎn)可靠，符合要求。

綜上，本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光器出光信號(hào)的控制方式進(jìn)行改制，以較小平穩(wěn)的方波多脈沖的方式實(shí)現(xiàn)薄不銹鋼板、薄高反材料的焊接，來(lái)解決現(xiàn)有工藝不成熟的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)出光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，觸發(fā)一次出光信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)脈沖輸出，從而以較小的功率實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)多脈沖焊接。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。