本發(fā)明涉及高速沖擊焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種新型激光沖擊點焊裝置及焊接方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著微電子、醫(yī)療器件、精密儀器等產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，金屬薄板連接在微器件的制造和組裝中應(yīng)用越來越廣泛。與之相關(guān)的金屬薄板的焊接工藝研究成為研究的熱點，其中激光沖擊焊接以其焊接之后很少存在熱影響區(qū)和金屬間化合物的特點，已經(jīng)成為一種新穎高速沖擊焊接技術(shù)，在金屬薄板的連接上具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，微器件的制造和組裝中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

公開號為cn106238912a的專利介紹了一種激光沖擊點焊裝置及其方法，可以實現(xiàn)厚度在微米級別的同種或者異種金屬薄板的沖擊焊接。然而，作為傳統(tǒng)單一能場的激光高速沖擊焊接也存在著一些不足。例如(1)由于激光功率的限制，沖擊加載的焊接力存在著使用上限，不能夠焊接更大厚度的金屬板材；(2)高速沖擊焊接過程十分短暫(幾個到幾百個納秒就可以完成)，焊接界面不可避免的存在著一定范圍的回彈區(qū)，大大影響了焊接質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明通過改變墊片的厚度可對飛板的飛行距離進行精確控制，飛板和基板置于直流電場之間對焊接產(chǎn)生的等離子體具有強化作用，可以提供更大的焊接力；本發(fā)明裝置的自密性能良好可對基板和飛板實現(xiàn)同步加熱，可以增強焊接強度減少焊接過程中回彈區(qū)的產(chǎn)生，獲得質(zhì)量更高的焊接接頭。

一種新型激光沖擊點焊裝置，包括激光發(fā)射系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括脈沖激光器、反光鏡、凸透鏡、凸透鏡支架、凸透鏡位置調(diào)節(jié)器和l型底座；所述凸透鏡通過凸透鏡支架與凸透鏡位置調(diào)節(jié)器相連接，凸透鏡位置調(diào)節(jié)器安裝在l型底座的垂直側(cè)板上；所述反光鏡45°布置，反光鏡位于凸透鏡的正上方且與脈沖激光器的位置相對應(yīng)，脈沖激光器產(chǎn)生的激光通過反光鏡反射到凸透鏡上；

所述焊接系統(tǒng)包括加熱裝置、直流電場裝置和工件推送裝置；所述加熱裝置包括墊片、保溫腔、壓蓋和加熱板；所述保溫腔為帶底的中空圓筒，且底部開設(shè)有孔，保溫腔的開口端安裝在工作臺上，所述加熱板設(shè)置在保溫腔內(nèi)，壓蓋為中空圓臺，壓蓋一端置于保溫腔底部外壁上，另一端穿過保溫腔底部開設(shè)的孔，置于保溫腔內(nèi)，且壓蓋該端底部端面上設(shè)置有約束層；所述直流電場裝置包括直流電源、上極板和下極板；所述直流電源正負(fù)極分別與上極板和下極板相連接；所述上極板置于約束層與壓蓋之間，上極板中心開設(shè)有圓通孔；所述下極板安放在工作臺上；所述工件推送裝置包括推桿、液壓缸、工作臺和三坐標(biāo)移動平臺；所述三坐標(biāo)移動平臺位于l型底座上；所述工作臺固定安裝在三坐標(biāo)移動平臺上表面；所述工作臺內(nèi)安裝有液壓缸，液壓缸輸出端與推桿一端相連接，推桿另一端與下極板的底部相連接；

所述控制系統(tǒng)包括脈沖激光控制器、計算機、直流電源控制器、加熱控制器、液壓缸控制器、三坐標(biāo)移動平臺控制器；所述脈沖激光控制器、直流電源控制器、加熱控制器、液壓缸控制器、三坐標(biāo)移動平臺控制器分別與計算機連接；所述脈沖激光控制器與脈沖激光器相連接，用于控制脈沖激光器的工作狀態(tài)；所述直流電源控制器與直流電源連接，用于控制上極板和下極板間的電壓；所述加熱控制器分別與溫度傳感器和加熱板連接，用于控制保溫腔內(nèi)的溫度；所述液壓缸控制器與液壓缸(4)連接，用于控制液壓缸的伸縮；所述三坐標(biāo)移動平臺控制器和三坐標(biāo)移動平臺連接，用于控制三坐標(biāo)移動平臺的運動。

優(yōu)選的，所述壓蓋與保溫腔底部外壁之間設(shè)置有墊片，該墊片用于調(diào)整基板和飛板之間的飛行距離。

優(yōu)選的，所述約束層為k9玻璃，厚度在3mm-10mm。

優(yōu)選的，所述上極板和下極板厚度為2mm且表面涂有絕緣漆。

優(yōu)選的，所述下極板上設(shè)置有基板，基板正上方設(shè)置有飛板，所述飛板與吸收層緊密貼合；所述吸收層均勻涂抹在約束層的下表面。

優(yōu)選的，所述約束層與壓蓋依靠雙面膠密封連接。

優(yōu)選的，所述吸收層為黑漆，厚度在0.1mm-0.5mm。

優(yōu)選的，所述工作臺、壓蓋和保溫腔為絕緣隔熱陶瓷材料，保溫腔透明用于觀察內(nèi)部工況；所述雙面膠為pet透明雙面膠，可耐300℃高溫。

基于一種新型激光沖擊點焊裝置的方法，包括以下步驟：

s1、將基板放在下極板上，限制層下表面涂抹吸收層，飛板與吸收層緊密貼合，壓蓋直接蓋在保溫腔上，完成工件放置；

s2、液壓缸控制器控制液壓缸帶動推桿推動下極板和基板，直到基板與飛板接觸時停止推動，完成飛行距離“校零”，然后在壓蓋肩兩側(cè)分別放置相同厚度的墊片以便控制基板與飛板之間的飛行距離；

s3、調(diào)節(jié)三坐標(biāo)移動平臺的位置，調(diào)節(jié)光路，使得脈沖激光器發(fā)射的激光聚焦在吸收層的中間位置；調(diào)節(jié)凸透鏡與吸收層的距離，調(diào)節(jié)光斑直徑；

s4、計算機控制加熱裝置進行加熱，到達(dá)設(shè)定加熱溫度后，直流電場裝置施加指定電壓形成穩(wěn)定直流電場，然后計算機控制脈沖激光控制器對焊接系統(tǒng)單次發(fā)射，完成兩個板件之間的沖擊焊接；

s5、關(guān)閉加熱裝置，待冷卻到室溫后取下壓蓋，去除約束層便可以得到焊接件。

優(yōu)選的，所述脈沖激光器為短脈沖激光器，脈寬為8ns-20ns，激光能量在5j-50j，激光光斑控制在1.5mm-3mm；所述加熱裝置溫度控制在50℃-250℃；所述直流電源控制器調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓為5v-100v。

本發(fā)明的有益效果是；

本發(fā)明通過改變墊片的厚度可對飛板的飛行距離進行精確控制，飛板和基板置于直流電場之間對焊接產(chǎn)生的等離子體具有強化作用，可以提供更大的焊接力；

本發(fā)明裝置的自密性能良好且處于溫度可控的環(huán)境之中，可對飛板和基板實現(xiàn)同步加熱，可以減少焊接過程中回彈區(qū)的產(chǎn)生，獲得質(zhì)量更高的焊接接頭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式的一種新型激光沖擊點焊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施方式的一種新型激光沖擊點焊方法的原理圖；

附圖標(biāo)記如下：

1、l型底座；2、三坐標(biāo)移動平臺；3、工作臺；4、液壓缸；5、推桿；6、下極板；7、基板；8、飛板；9、吸收層；10、加熱板；11、約束層；12、雙面膠；13、上極板；14、壓蓋；15、保溫腔；16、墊片；17、凸透鏡位置調(diào)節(jié)器；18、凸透鏡支架；19、凸透鏡；20、反光鏡；21、脈沖激光器；22、溫度傳感器；23、脈沖激光控制器；24、計算機；25、直流電源控制器；26、加熱控制器；27、液壓缸控制器；28、三坐標(biāo)移動平臺控制器；29、等離子體；30、直流電場。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

結(jié)合附圖1所示為本發(fā)明所述一種新型激光沖擊點焊裝置的一種實施方式，所述一種新型激光沖擊點焊裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括脈沖激光器21、反光鏡20、凸透鏡19、凸透鏡支架18、凸透鏡位置調(diào)節(jié)器17和l型底座1；所述凸透鏡19通過凸透鏡支架18連接凸透鏡位置調(diào)節(jié)器17，凸透鏡位置調(diào)節(jié)器17安裝在l型底座1側(cè)板上；所述反光鏡20位于凸透鏡19的上部、且與脈沖激光器21的位置相對應(yīng)，脈沖激光器21產(chǎn)生的激光通過反光鏡20反射到凸透鏡19上。

所述焊接系統(tǒng)包括加熱裝置和工作平臺裝置；所述焊接裝置包括雙面膠12、約束層11、吸收層9和飛板8、基板7；所述加熱裝置包括墊片16、保溫腔15、壓蓋14和加熱板10；所述直流電場裝置包括上極板13和下極板6；所述工件推送裝置包括推桿5和液壓缸4；所述工作平臺裝置包括工作臺3和三坐標(biāo)移動平臺2；所述三坐標(biāo)移動平臺2位于l型底座1上；所述工作臺3固定安裝在三坐標(biāo)移動平臺2上表面；所述液壓缸4置于在工作臺3內(nèi)部；所述推桿5的一端與液壓缸4相連接，另一端與下極板6的底部相連接；所述下極板6安放在工作臺3上；所述基板7放置在下極板6上表面，基板7上方一段距離放有飛板8；所述飛板8與吸收層9緊密貼合；所述吸收層9均勻涂抹在約束層11的下表面，激光發(fā)射裝置發(fā)射的激光聚焦在吸收層9的中間位置；所述約束層11與壓蓋14依靠雙面膠12密封連接；，約束層11上放有上極板13；所述壓蓋14肩兩側(cè)放有墊片16，下端與保溫腔15緊密接觸；所述保溫腔15緊密貼合放置在工作臺3上。

所述控制系統(tǒng)包括計算機24、脈沖激光控制器23、直流電源控制器25、加熱控制器26、液壓缸控制器27、三坐標(biāo)移動平臺控制器28；所述脈沖激光控制器23、直流電源控制器25、加熱控制器26、液壓缸控制器27、三坐標(biāo)移動平臺控制器28分別與計算機24連接；所述脈沖激光控制器23與脈沖激光器21相連接，用于控制脈沖激光器21的工作狀態(tài)；所述直流電源控制器25與上電極板13和下電極板6連接，用于控制兩極板間的電壓；所述加熱控制器26分別與溫度傳感器23和加熱板10連接，用于控制保溫腔15內(nèi)的溫度；所述液壓缸控制器27與液壓缸4連接，用于控制液壓缸4的伸縮；所述三坐標(biāo)移動平臺控制器28和三坐標(biāo)移動平臺2連接，用于控制三坐標(biāo)移動平臺2的運動。

所述約束層11為k9玻璃，厚度在3mm-10mm；所述吸收層9為黑漆，厚度在0.1mm-0.5mm。

所述保溫腔15和壓蓋14過盈配合；所述上極板13和下極板6厚度為2mm且表面涂有絕緣漆，上極板13開有直徑為5mm的小孔以便激光束透過。

所述工作臺3、壓蓋14和保溫腔15為絕緣隔熱陶瓷材料，保溫腔15透明用于觀察內(nèi)部工況；所述雙面膠12為pet透明雙面膠，可耐300℃高溫。

本發(fā)明還提供一種新型激光沖擊點焊方法，所述方法的原理圖如圖2所示，計算機24控制加熱控制器26對待焊接的飛板8和基板7進行加熱軟化，到達(dá)設(shè)定加熱溫度后，直流電源控制器25調(diào)節(jié)直流電源29施加指定電壓形成穩(wěn)定直流電場31，計算機24控制脈沖激光控制器23發(fā)出強脈沖激光氣化、電離吸收層9產(chǎn)生等離子體30，等離子體30受直流電場31作用得到強化并在約束層11和飛板8的作用下形成沖擊波，在沖擊波的作用下，飛板8和基板7高速碰撞產(chǎn)生固態(tài)連接，完成兩個板件之間的沖擊焊接。

所述一種新型激光沖擊點焊方法，包括以下步驟：

s1、將基板7放在下極板6上，飛板8與吸收層9緊密貼合，壓蓋14直接蓋在保溫腔15上，完成工件放置；

s2、液壓缸控制器27控制液壓缸4帶動推桿5推動下極板6和基板7，直到基板7與飛板8接觸時停止推動，完成飛行距離“校零”，然后在壓蓋14的肩兩側(cè)分別放置相同厚度的墊片16以便控制基板7與飛板8之間的飛行距離；

s3、調(diào)節(jié)三坐標(biāo)移動平臺2的位置，調(diào)節(jié)光路，使得脈沖激光器21發(fā)射的激光聚焦在吸收層9的中間位置，調(diào)節(jié)凸透鏡19與吸收層9的距離，調(diào)節(jié)光斑直徑；

計算機24控制加熱裝置進行加熱，到達(dá)設(shè)定加熱溫度后，直流電場裝置施加指定電壓形成穩(wěn)定電場，然后計算機24控制脈沖激光控制器23對焊接系統(tǒng)單次發(fā)射，完成兩個板件之間的沖擊焊接；

s5、依次關(guān)閉直流電場裝置、加熱裝置，待冷卻到室溫后取下壓蓋14，去除約束層11便可以得到焊接件。

本發(fā)明便于實現(xiàn)板件之間的沖擊點焊，輔助加熱裝置可以實現(xiàn)板件的軟化，輔助電場裝置可以對等離子體產(chǎn)生強化。本發(fā)明提出了一種新型激光沖擊點焊裝置及其方法，通過改變墊片的厚度對飛板的飛行距離進行精確控制，裝置的自密性能良好焊接裝置處于溫度可控的環(huán)境之下，可以減少回彈區(qū)的產(chǎn)生獲得質(zhì)量更高的焊接接頭，飛板和基板置于直流電場之間對焊接產(chǎn)生的等離子體具有強化作用，可以提供更大的焊接力。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本發(fā)明說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。