激光焊接設(shè)備及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光焊接設(shè)備及其方法，尤指一種可控制激光能量的激光焊接設(shè) 備及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳鋼螺絲有較強的貫穿力，但易生銹，用于建筑上易產(chǎn)生銹斑而影響外觀，而不銹 鋼螺絲則物理性質(zhì)過軟，若欲穿透鐵板則貫穿力不足。異質(zhì)螺絲（bi-metal screw)是將碳 鋼作為螺絲頭再接合不銹鋼作為螺絲尾，即可同時擁有高貫穿力以及抗銹的能力。
[0003] 摩擦焊接是此領(lǐng)域常見的接合手法，然而后續(xù)必須搭配車修制作工藝，以去除焊 接過程造成的表面不平整，如隆起或凹陷?，F(xiàn)有技術(shù)采用激光焊接，然而，在激光進行異質(zhì) 金屬激光接合時，可發(fā)現(xiàn)激光照射區(qū)域尾端會產(chǎn)生一孔洞，此孔洞的成因主要為當焊接深 度愈深時，激光造成的熱影響區(qū)的深度與寬度均會增加，同時使表面融化的金屬向外流動； 當激光停止作用時，由于金屬冷卻太快，無法回流填補導致孔洞產(chǎn)生。
[0004] 因此，如何提出一種激光焊接設(shè)備及其方法來克服前述問題，是為目前業(yè)界亟待 解決的議題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決至少上述問題，本發(fā)明提出一種激光焊接設(shè)備及其方法，由此避免激光焊 接制作工藝中在待焊接物上產(chǎn)生孔洞。
[0006] 本發(fā)明的激光焊接設(shè)備，包括：固定單元，用于固定二分別具有一焊接面的待焊接 物，該固定單元并使該二待焊接物以各自的焊接面彼此接合且同步轉(zhuǎn)動；激光單元，其提供 一激光照射該二待焊接物的彼此接合的焊接面的接合處，以進行焊接制作工藝；吹氣單元， 其于該焊接制作工藝進行時，用于對該二待焊接物的接合處提供一保護氣體；以及控制單 元，用于控制該激光的能量，以使該激光的能量于該焊接制作工藝進行至末段時以至少一 階的方式遞減。
[0007] 此外，在一實施例中，本發(fā)明的控制單元可為電連接該激光單元的控制器，以控制 該激光單元所提供的激光的能量。在另一實施例中，本發(fā)明的控制單元可包括控制器及設(shè) 置于該激光單元與該二待焊接物之間的光學鏡組，以由該控制器調(diào)整該光學鏡組來控制該 激光的能量。
[0008] 本發(fā)明另提出一種激光焊接方法，其包括以下步驟：提供二分別具有一焊接面的 待焊接物，令該二待焊接物以各自的焊接面彼此接合以形成接合處；以一激光照射該二待 焊接物的接合處以進行焊接制作工藝；在該焊接制作工藝進行時，提供一保護氣體至該接 合處，同時令該二待焊接物同步轉(zhuǎn)動以供該激光照射該接合處一圈；以及于該焊接制作工 藝進行至末段時，控制該激光的能量以至少一階的方式遞減。
[0009] 此外，提供一保護氣體至該接合處的步驟包括：在該激光照射該接合處時，提供該 保護氣體至該接合處；以及于該激光照射該接合處一圈時，先停止照射該激光再停止提供 該保護氣體。此外，本發(fā)明的激光焊接方法還包括設(shè)定該激光的一初階能量及一末階能量， 以根據(jù)該初階能量及該末階能量獲得一中間值能量，進而將該中間值能量設(shè)定為第一階能 量；還包括設(shè)定階數(shù)，以根據(jù)該階數(shù)將該中間值能量至該末階能量的能量范圍平均分配到 第一階至最后一階。
[0010] 本發(fā)明的激光焊接設(shè)備及方法，可省卻后續(xù)車修步驟，大幅縮短制作工藝時間，另 外配合激光能量控制，可消除于激光焊接制作工藝末段時產(chǎn)生孔洞，進而提高制作工藝質(zhì) 量。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的激光焊接設(shè)備的一實施例的構(gòu)件示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的激光焊接設(shè)備的另一實施例的構(gòu)件示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的激光焊接設(shè)備的又一實施例中的定位裝置的構(gòu)件示意圖；
[0014] 圖4A和圖4B為本發(fā)明的激光焊接設(shè)備的激光能量階梯遞減的說明圖；以及
[0015] 圖5為本發(fā)明的激光焊接方法的流程示意圖；
[0016] 圖6a為在焊接制作工藝末段時會產(chǎn)生孔洞的示意圖；
[0017] 圖6b為本發(fā)明在焊接制作工藝末段時不會產(chǎn)生孔洞的示意圖。
[0018] 主要組件符號說明
[0019] 11、12待焊接物
[0020] 111、121 焊接面
[0021] 13接合處
[0022] 2固定單元
[0023] 21夾持裝置
[0024] 22定位裝置
[0025] 221焊接窗
[0026] 3激光單元
[0027] 30 激光
[0028] 31激光源
[0029] 32焊接頭
[0030] 4吹氣單元
[0031] 5控制單元
[0032] 51、51' 控制器
[0033] 52光學鏡組
[0034] S5〇l 至 S5〇4 步驟
【具體實施方式】
[0035] 以下通過特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此項技術(shù)的人士可由本 文所公開的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點及功效。需知，本說明書所附的附圖所繪示 的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用于配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士的了解 與閱讀，并非用于限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修 飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下， 均應仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。
[0036] 請參閱圖1和圖2,本發(fā)明的激光焊接設(shè)備包括用于固定二待焊接物11和12的固 定單元2、提供一激光30的激光單元3、提供一保護氣體的吹氣單元4、以及控制激光30的 能量的控制單元5。
[0037] 二待焊接物11和12分別具有一焊接面111和121，二焊接面111和121于接合處 13彼此接觸。需說明的是，管件或棒材焊接時常有孔洞發(fā)生問題，平板焊接時影響不大，本 發(fā)明的二待焊接物11和12可互為異質(zhì)金屬，例如分別為不銹鋼段和碳鋼段。
[0038] 固定單元2包括二夾持裝置21，如圖1和圖2所示，分別夾持二待焊接物11和12 并使二待焊接物11和12的焊接面111和121彼此接合。二夾持裝置21可分別電連接驅(qū) 動裝置（未繪示，例如步進馬達）以夾持著二待焊接物11和12使其以各自的焊接面111 和121彼此接合的方式同步轉(zhuǎn)動。此外，固定單元2還包括一定位裝置22,如圖3所示，定 位裝置22設(shè)計為具有兩端開口（未標號），分別供二待焊接物11和12插入至其中以使二 焊接面111和121彼此接合，定位裝置22還設(shè)計具有一焊接窗221以外露二焊接面111和 121彼此接合的接合處13,讓激光30照射接合處13來進行焊接。由此，定位裝置22能將 二待焊接物11和12的接合處13予以定位，則可省略追蹤激光30是否照射接合處13的影 像追蹤儀器。具體實施時，本發(fā)明的激光焊接設(shè)備可選擇使用夾持裝置21配合影像追蹤儀 器，或者使用夾持裝置21配合定位裝置22,使二待焊接物11和12彼此以焊接面111和121 接合，且相對于定位裝置22同步轉(zhuǎn)動并定位接合處13。
[0039] 激光單元3包括激光源31及以光纖（未標號）連接激光源31的焊接頭32,并提 供激光30來照射二待焊接物11和12的接合處13以進行焊接制作工藝。在進行焊接制 作工藝時，固定單元2令二待焊接物11和12同步旋轉(zhuǎn)一圈，讓由激光源31所發(fā)出激光30 經(jīng)焊接頭32來照射接合處13 -圈。例如，激光單元3可提供能量3000瓦（W)以下的激光 30,而固定單元2可讓二待焊接物11和12轉(zhuǎn)動速度約lmm/s以上。
[0040] 吹氣單元4,用于焊接制作工藝進行時，對二待焊接物11和12的接合處13提供如 惰性氣體的保護氣體，例如氦氣、氖氣或氬氣，由此減少金屬氧化的機率，使得激光30照射 處（即焊接處）的氧化物減少，進而提高二待焊接物11和12接合時的穩(wěn)定度及強度。
[0041] 控制單元5用于控制激光30的能量，以使激光30的能量于焊接制作工藝進行至 末段時以至少一階的方式遞減?？刂茊卧?包括控制器51，如圖1所示，控制器51輸出電 信號以控制激光單元3提出相對應的激光能量。另外如圖2所示，控制單元5可包括控制器 51'和光學鏡組52,光學鏡組52設(shè)置于激光單元3與二待焊接物11和12之間，以由控制 器51'調(diào)整光學鏡組52來控制激光30的能量，例如控制光學鏡組52中衰減片（未繪示） 的旋轉(zhuǎn)角度來減弱激光30的能量，且光學鏡組52還能調(diào)整激光30的方向及光斑尺寸。
[0042] 此外，所謂焊接制作工藝的末段是指激光照射即將關(guān)閉處，可為激光30照射二待 焊接物11和12的接合處13即將完成一圈或是恰好一圈或是超過一圈時，也就是，激光30 照射在二待焊接物11和12上的光點即將與焊接制作工藝初始焊接點相交時或是剛好相交 或是超過初始焊接點，而激光改變原本作用能量的位置。此外，激光30的能量于焊接制作 工藝進行至末段時以至少一階的階梯方式遞減，如圖4A所示為二階遞減，如圖4B所示為四 階遞減，而每階段的時間維持〇. 5 y s以上。另外，控制單元5還用于供設(shè)定激光30的一 初階能量及一末階能量，以根據(jù)該初階能量及該末階能量獲得一中間值能量，進而將該中 間值能量設(shè)定為第一階能量，以及供設(shè)定一階數(shù)以根據(jù)該階數(shù)將該中間值能量至該末階能 量的能量范圍平均分配到第一階至最后一階。例如，設(shè)定初階能量為800W且末階能量為 400W，若階數(shù)為二階，則第一階能量為600W而第二階能量為400W ;若階數(shù)不只二階，則將第 一階的600W至末階的400W之間的能量依階數(shù)來平均分配。
[0043] 具體實施時，以圖1為例，激光30由激光源31提供以自焊接頭32發(fā)出來照射二 待焊接物11和12的接合處13,同時吹氣單元4輔以氬氣，而于激光30照射同時，夾持裝置 21將二待焊接物11和12同軸同動地旋轉(zhuǎn)，于旋轉(zhuǎn)一圈后先停止激光30再停止吹氣，其中 利用激光3