本發(fā)明涉及激光焊接技術領域，尤其涉及一種高反射率材料的等離子體誘導的雙激光束焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術：

激光焊接具有非接觸、高效、熱變形量小等優(yōu)點，已廣泛應用于汽車、模具、電子等行業(yè)。待加工材料吸收激光能量后發(fā)生熔化來實現(xiàn)焊接過程，材料對激光的反射率直接影響焊接質(zhì)量和焊接效率，高反射材料(如銅、鋁、金、銀)對激光反射率極高，大部分能量被反射而浪費，甚至不能形成熔池。因此，傳統(tǒng)激光焊接方法不適合于高反射材料的焊接。

為解決高反射材料對激光吸收差的問題，通常在焊接材料前對高反材料進行前處理，例如通過機械或激光等方法對高反射材料表面進行粗糙化處理，或在高反射率材料表面涂覆一層高吸收率材料，但是，這些方法處理材料步驟繁瑣，且不能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術的缺陷和問題，本發(fā)明提供一種高反射率材料的等離子體誘導的雙激光束焊接系統(tǒng)及方法。

一種雙激光束焊接系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生第一激光束的第一激光器和產(chǎn)生第二激光束的第二激光器，所述第一激光束作用于待焊接材料的焊接區(qū)域周圍產(chǎn)生等離子體以及對其進行表面粗化處理；所述第二激光束作用于所述焊接區(qū)域，所述等離子體吸收所述第二激光束進而將表面粗化處理后的所述待焊接材料的焊接區(qū)域熔化形成熔池。

本發(fā)明一較佳實施方式中，還包括沿所述第一激光束的光路方向依次設置的掃描振鏡和場鏡，所述第一激光束依次經(jīng)過所述掃描振鏡和所述場鏡后聚焦于所述焊接區(qū)域。

本發(fā)明一較佳實施方式中，還包括設置于所述第二激光束的光路中的聚焦鏡，所述第二激光束經(jīng)過所述聚焦鏡后聚焦于所述焊接區(qū)域。

本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第一激光器為短脈沖激光器或多倍頻固體激光器。

本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第二激光器為連續(xù)或準連續(xù)的光纖激光器、半導體激光器或燈泵浦激光器。

本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第二激光束作用于所述焊接區(qū)域的聚焦點位于所述第一激光束的掃描端之后。

一種雙激光束焊接方法，其包括如下步驟：

S101、利用第一激光器產(chǎn)生的第一激光束作用于待焊接材料的焊接區(qū)域周圍產(chǎn)生等離子體以及對其進行表面粗化處理；

S103、控制第二激光器產(chǎn)生的第二激光束作用于所述焊接區(qū)域，使表面粗化處理后的所述待焊接材料的焊接區(qū)域熔化形成熔池；

S105、控制所述第二激光束的聚焦點相對于所述待焊接材料沿焊接方向移動。

本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第一激光束依次經(jīng)過掃描振鏡和場鏡后聚焦于所述焊接區(qū)域。

本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第二激光束經(jīng)過聚焦鏡后聚焦于所述焊接區(qū)域。

本發(fā)明一較佳實施方式中，步驟105中，控制所述第二激光束的聚焦點位于所述第一激光束的掃描端之后。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提出的雙激光束焊接系統(tǒng)采用第一激光器和第二激光器共同作用于高反材料上，第一激光器產(chǎn)生的等離子體促進了第二激光器吸收，進而融化材料實現(xiàn)焊接過程；第一激光器與第二激光器同時進行，省去了材料前處理等繁瑣步驟；此外，本發(fā)明提供的雙激光束焊接系統(tǒng)所采用的第一激光器與第二激光器均為成熟穩(wěn)定的激光器，易于集成，成本合理。本發(fā)明提供的雙激光束焊接方法步驟簡單、易實現(xiàn)，更適用了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例提供的雙激光束焊接系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為利用圖1所示雙激光束焊接系統(tǒng)進行焊接時雙激光束和焊縫的位置關系的示意圖；

圖3為本發(fā)明第二實施例提供的雙激光束焊接方法的流程圖；

圖4為另一種掃描軌跡的示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1，本發(fā)明提供一種雙激光束焊接系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生第一激光束的第一激光器1和產(chǎn)生第二激光束的第二激光器5，所述第一激光束作用于待焊接材料2的焊接區(qū)域周圍產(chǎn)生等離子體以及對其進行表面粗化處理，所述第二激光束作用于所述焊接區(qū)域，所述等離子體吸收所述第二激光束進而將表面粗化處理后的所述待焊接材料2的焊接區(qū)域熔化形成熔池。

本實施例中，焊接方向為第二激光束和待焊接材料2相對移動的方向，具體地，焊接方向平行于焊縫的延伸方向。本實施例中，所述雙激光束焊接系統(tǒng)還包括掃描振鏡3、場鏡4和聚焦鏡6，所述掃描振鏡3和所述場鏡4沿所述第一激光束的光路方向依次設置，所述第一激光束依次經(jīng)過所述掃描振鏡3和所述場鏡4后聚焦于所述焊接區(qū)域。所述聚焦鏡6設置于所述第二激光束的光路中，所述第二激光束經(jīng)過所述聚焦鏡6后聚焦于所述焊接區(qū)域。

優(yōu)選地，所述第一激光器1為短脈沖激光器或多倍頻固體激光器，可根據(jù)實際情況進行選擇或設置，如平均功率為50W，脈沖寬度為1.5ns。所述第二激光器5為連續(xù)或準連續(xù)的光纖光纖激光器、半導體激光器或燈泵浦激光器，可根據(jù)實際情況進行選擇或設置，如功率為1000W。

具體地，本實施例中，所述第一激光器1采用脈沖激光器，其具有極高的峰值功率，足以將高反射率材料瞬間氣化并產(chǎn)生等離子體，可以理解的是，根據(jù)具體情況的不同，脈沖激光器可以由納秒光纖激光器(脈寬為1-100ns、波長為1030-1080nm)、包括皮秒、飛秒(脈寬為10fs-50ps、波長為1030-1080nm)在內(nèi)的超短脈沖激光器、二倍頻(波長為532nm)或三倍頻(波長為355nm)的固體激光器產(chǎn)生。優(yōu)選的，所述第一激光器1通過掃描振鏡3和場鏡4作用于所述焊接區(qū)域，并在所述焊接區(qū)域進行掃描以產(chǎn)生足夠的等離子體。所述第一激光器1的平均功率較低，通常在幾十瓦到數(shù)百瓦，單純的所述第一激光器1在氣化材料并產(chǎn)生等離子體的過程中并不能有效地熔化待焊接材料2來實現(xiàn)焊接。

本實施例中，所述第二激光器5采用連續(xù)或準連續(xù)激光器，為焊接過程提供持續(xù)能量以熔化高反材料實現(xiàn)焊接。第一激光束掃描焊接位置及焊接位置周圍區(qū)域所產(chǎn)生的等離子體可以有效增加第二激光束的吸收率，同時第一激光束在高反材料表面產(chǎn)生的粗糙表面同樣增加了對第二激光束的吸收，在第二激光束持續(xù)的作用下，待焊接材料發(fā)生熔化形成熔池而最終實現(xiàn)焊接過程。根據(jù)具體情況的不同，所述第二激光器5可以為光纖激光器(波長在1030nm-1080nm)、半導體激光器(800nm-1100nm)、燈泵浦激光器(波長為1064nm)以及其它連續(xù)或準連續(xù)激光器。可以理解的是，所述準連續(xù)激光器是指激光脈寬在微秒到毫秒級別的激光器。

本實施例中，引入第二激光束并聚焦于焊接區(qū)域，通過移動第二激光束及其聚焦點或移動待焊接材料來完成整個焊接過程。

請參閱圖2，本發(fā)明以具有高反射率的待焊接的銅板21和銅板22為例，結合本發(fā)明第二實施例提供的雙激光束焊接方法進行說明，銅板21和銅板22之間的縫隙即為需要焊接的焊縫23，銅板21和銅板22鄰近焊縫23兩側的部位即為焊接區(qū)域，第一激光束的掃描軌跡24如圖2所示，即本實施例中的預設掃描軌跡，其中實線部分為已經(jīng)完成的掃描，虛線為待掃描部分，所述第二激光束聚焦于所述焊接區(qū)域的聚焦點位于所述第一激光束的掃描端之后，即第一激光束先按照掃描軌跡24對所述焊接區(qū)域進行掃描，然后第二激光束才聚焦于所述焊接區(qū)域。可以理解的是，所述第二激光束可以在所述第一激光束掃描的同時，作用于所述焊接區(qū)域，使表面粗化處理后的所述焊接區(qū)域熔化形成熔池；當然，并不局限于此，也可以在所述焊接區(qū)域完全被所述第一激光束粗化處理后，所述第二激光束才作用于所述焊接區(qū)域，使表面粗化處理后的所述焊接區(qū)域熔化形成熔池。

可以理解的是，第一激光束聚焦于待焊接材料2的焊接區(qū)域，對所述焊接區(qū)域進行掃描是為了使第一激光束的能量覆蓋焊縫23兩側的待焊接材料2的邊緣部分(即銅板21和銅板22鄰近焊縫23兩側的部位)，使所述焊接區(qū)域表面粗化。掃描開始前，第一激光束先聚焦于焊縫23，以避免第一激光束的能量對待焊接材料2造成過大的加熱，然后沿掃描軌跡24對所述焊接區(qū)域進行掃描。

可以理解的是，焊接前首先需要對待焊接的銅板21和銅板22進行必要的清潔，以保證焊接效果。

請一并參閱圖3，本發(fā)明第二實施例提供的雙激光束焊接方法包括如下步驟：

S101、利用第一激光器1產(chǎn)生的第一激光束作用于待焊接材料2的焊接區(qū)域周圍產(chǎn)生等離子體以及對其進行表面粗化處理。

如圖2可知，本實施例中，所述第一激光束依次經(jīng)過掃描振鏡3和場鏡4后聚焦于所述焊接區(qū)域。具體地，第一激光束的掃描軌跡24以焊縫23為軸呈矩形鋸齒狀，由此，第一激光束可以有效地掃描焊接區(qū)域(即銅板21和銅板22的焊接位置及焊接位置周圍區(qū)域)，進而產(chǎn)生的等離子體可以有效地增加第二激光束的吸收率，同時，第一激光束可以使焊接區(qū)域的表面充分粗化，進而提高第二激光束的吸收率。

可以理解的是，第一激光束的掃描軌跡24并不局限于本實施例，也可以以焊縫23為軸呈三角形鋸齒狀(如圖4所示)、正弦波或余弦波狀，只要能有效地掃描銅板21和銅板22的焊接位置及焊接位置周圍區(qū)域(即銅板21和銅板22鄰近焊縫23兩側的部位)，使銅板21和銅板22的表面粗化即可。

S103、控制第二激光器5產(chǎn)生的第二激光束作用于所述焊接區(qū)域，所述等離子體吸收所述第二激光束進而將表面粗化處理后的所述待焊接材料2的焊接區(qū)域熔化形成熔池。

本實施例中，所述第二激光束經(jīng)過聚焦鏡6后聚焦于所述焊接區(qū)域。在所述第二激光束持續(xù)的作用下，待銅板21和銅板22焊接位置發(fā)生熔化形成熔池而最終實現(xiàn)焊接過程。

S105、控制所述第二激光束的聚焦點相對于所述待焊接材料2沿焊接方向移動。

具體地，控制所述第二激光束的聚焦點位于所述第一激光束的掃描端之后，即第一激光束先按照掃描軌跡24對焊接區(qū)域進行掃描，然后第二激光束才作用于所述焊接區(qū)域。

第一激光束在掃描軌跡24的掃描端產(chǎn)生足量的等離子體并粗糙化銅板21和銅板22的表面，增加了對第二激光束的吸收率，第二激光束為焊接過程提供持續(xù)的能量，在兩者的共同作用下，銅板21和銅板22相鄰部位熔化形成熔池。第一激光束的掃描端和第二激光束的聚焦點25相對于銅板21和銅板22沿焊接方向移動完成焊接過程。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提出的雙激光束焊接系統(tǒng)采用第一激光器和第二激光器共同作用于高反材料上，第一激光器產(chǎn)生的等離子體促進了第二激光器吸收，進而融化材料實現(xiàn)焊接過程；第一激光器與第二激光器同時進行，省去了材料前處理等繁瑣步驟；此外，本發(fā)明提供的雙激光束焊接系統(tǒng)所采用的第一激光器與第二激光器均為成熟穩(wěn)定的激光器，易于集成，成本合理。本發(fā)明提供的雙激光束焊接方法步驟簡單、易實現(xiàn)，更適用了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。