本发明专利技术公开了一种激光冲击焊接装置及其方法，涉及高速冲击焊接领域，包括激光发生装置、焊接装置、三坐标移动平台装置、控制装置；其中，焊接装置中的上层板上加工倒梯形台阶，便于形成冲击焊接所需的冲击角度和冲击速度。本发明专利技术克服了传统激光冲击焊接方法中上层板与下层板之间必须给定一定飞行距离的局限性，解决了上层板尺寸受激光光斑尺寸限制的问题。此外，焊接装置简单，焊接效率高，接头表面质量高，适用于微器件的高效、可靠连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速冲击焊接领域，尤其涉及到一种激光冲击焊接装置及其方法。
技术介绍
激光冲击焊接是一种相对较新的高速冲击焊接技术，其焊接结合基本原理与爆炸焊接和磁脉冲焊接相同，都是利用两块金属板以适当的冲击角度高速碰撞，当上层板和下层板的碰撞角度和冲击速度超过临界值时，在碰撞界面的强塑性剪切变形和高温高压的作用下会发生固态冶金结合。不同之处在于爆炸焊接一般应用于尺寸较大的平板焊接，而且存在很大的声污染和难于实现自动化的显著缺陷，制约着爆炸焊接技术的广泛应用。电磁脉冲焊接能够实现直线型、圆周型的焊接，典型的焊接宽度在毫米到厘米级别,且不足之处是焊接材料必须要具有良好的导电性能，是限制这种焊接技术发展最为重要的原因。激光冲击焊接一般应用于尺寸在200微米以下同种或异种金属箔板的连接，焊接区域的直径一般为几毫米。而且，焊接之后不存在热影响区，因此，被焊接材料可以保持甚至高于母材的性能。公开号为CN 101239418A的专利介绍了一种飞片驱动式激光微焊接方法及装置，利用激光诱导冲击波驱动飞片，工件在飞片的推动下一基体高速碰撞实现焊接，用于微器件的焊接。在这种工艺中，工件需要通过粘结介质与面积相同的飞片紧密贴合，如果飞片与工件未紧密贴合，飞片与工件易发生焊接，从而降低了焊接的可靠性。此外，工件与基体必须保持一定距离，这将给激光冲击焊接在微器件的焊接中带来局限性。公开号为US 8084710(B2)的专利Low-temperature laser spot impact welding without contact中提出了一种高速冲击焊接方法，然而，受制于光斑尺寸，上层板材料的宽度通常要小于等于光斑直径，这样便限制了激光冲击焊接的应用范围。公开号为CN 103722291A的专利介绍了一种真空环境下冲击角度连续可调的激光冲击焊接装置，虽然冲击角度连续可调，但是通过夹具构造冲击角度，使上层板和下层板的装夹变得繁琐，极大地影响到焊接的效率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，可以实现厚度在微米级别的同种或异种金属薄板的冲击焊接，焊接装置简单，焊接效率高，接头表面质量高，适用于微器件的高效、可靠连接。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种激光冲击焊接装置，包括三坐标移动平台装置、激光发生装置、焊接装置和控制装置；所述三坐标移动平台装置包括三坐标移动平台和L型底座；所述三坐标移动平台位于L型底座的底板上；所述激光发生装置发出的激光聚焦在上层板中的倒梯形上方的黑漆层上；所述激光发生装置包括脉冲激光器、反射镜、聚焦透镜、聚焦透镜固定杆；所述聚焦透镜与聚焦透镜固定杆连接，聚焦透镜固定杆安装在L型底座的竖直侧板上；所述反射镜镜面与脉冲激光器发出的激光束的角度为45°；所述反射镜置于聚焦透镜的上方；所述脉冲激光器发出激光束经过反射镜和聚焦透镜辐照在上层板上的倒梯形台阶上方的黑漆层上；所述焊接装置包括工作台、下层板、上层板、垫板、防护层、黑漆层、透光板和压块；所述三坐标移动平台置于L型底座的水平面上；所述三坐标移动平台上设置有工作台；所述工作台上表面两端设置有中心开孔的垫板；所述工作台上且置于垫板之间放置有下层板；所述下层板上放置有上层板；所述上层板为倒台阶形；所述上层板上设置有倒台阶形的防护层；所述防护层上涂覆黑漆层；所述垫板上端面上放置有透光板；所述透光板上放置有压块；所述控制装置包括计算机、脉冲激光器控制器和三坐标移动平台控制器；所述脉冲激光器控制器一端与脉冲激光器相连接，另一端与计算机相连接；所述三坐标移动平台控制器一端与计算机连接；另一端与三坐标移动平台相连接。基于激光冲击焊接装置的方法，包括以下步骤：S1：用砂纸打磨上层板和下层板焊接区域表面以去除杂质和氧化层，用酒精作为清洗剂用超声波清洗机将上层板和下层板洗净，自然晾干，以获得清洁的表面；S2：在上层板上加工倒梯形台阶，以便于形成冲击焊接所需的冲击角度和冲击速度；S3：将防护层涂覆在步骤S2处理后的上层板中的倒梯形台阶上表面，将黑漆层涂覆在防护层表面；S4：依次将下层板、步骤S2和步骤S3中处理后的上层板、垫板、透光板和压块安装到工作台上；S5：通过三坐标移动平台控制器调节三坐标移动平台位置，使由脉冲激光器输出的激光经过反射镜和聚焦透镜辐照在上层板中的倒梯形台阶上方的黑漆层上；通过三坐标移动平台控制器调节三坐标移动平台位置，调节聚焦透镜与上层板中的倒梯形台阶上表面的距离，调节光斑直径；控制激光器对上层板中的倒梯形台阶单次冲击，实现上层板和下层板的冲击焊接；S6：去除黑漆层和防护层，即可得到焊接件。进一步的，步骤S1中所述的上层板和下层板为厚度在微米级的同种或者异种金属箔板。进一步的，步骤S2中所述的倒梯形台阶的尺寸和个数依据上层板的尺寸确定，可以满足不同规格尺寸的金属箔板的焊接。进一步的，经步骤S4安装后，除上层板中的倒梯形台阶区域外，上层板与下层板相互接触，可以保证冲击焊接所需的冲击角度和冲击速度。进一步的，步骤S3中所述的防护层为水玻璃，厚度为0.02mm～0.03mm；所述黑漆层的厚度为0.01mm～0.02mm。进一步的，步骤S4中所述的透光板为2mm～4mm厚的透明的亚力克板。进一步的，步骤S5中所述脉冲激光器为能量呈高斯分布的短脉冲激光器，脉宽为8ns～10ns，激光能量控制在2J～10J，光斑直径控制在3mm～5mm。本专利技术的有益效果：其一，激光束透过透光板辐照在上层板中的倒梯形台阶上方的黑漆层上，形成高温高压等离子体诱导产生冲击波，在透光板约束作用下冲击波使上层板中的倒梯形台阶局部发生弯曲变形，并与下层板高速碰撞，在碰撞界面的强塑性剪切变形和高温高压的作用发生固态冶金结合，从而形成冲击焊接所需的冲击角度和冲击速度，克服了传统激光冲击焊接方法中上层板与下层板之间必须给定一定飞行距离的局限性，解决了上层板尺寸受激光光斑尺寸限制的问题。其二，可以实现厚度在微米级别的同种或异种金属薄板的冲击焊接，焊接装置简单，焊接效率高，接头表面质量高，适用于微器件的高效、可靠连接。附图说明图1是本专利技术一种激光冲击焊接装置的结构示意图；图2是加工后的上层板的截面示意图；图3是本专利技术的工作原理图。附图标记说明如下：1-L型底座，2-三坐标移动平台，3-工作台，4-下层板，5-上层板，6-垫板，7-防护层，8-黑漆层，9-透光板，10-压块，11-聚焦透镜固定杆，12-聚焦透镜，13-反射镜，14-脉冲激光器，15-脉冲激光器控制器，16-三坐标移动平台控制器，17-计算机，18-等离子体。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，一种激光冲击焊接装置，包括三坐标移动平台装置、激光发生装置、焊接装置和控制装置；所述三坐标移动平台2位于L型底座1的底板上，所述聚焦透镜12与聚焦透镜固定杆11连接，聚焦透镜固定杆11安装在L型底座1的侧板上；所述脉冲激光器14发出激光束经过反射镜13和聚焦透镜12辐照在上层板5中的倒梯形台阶上方的黑漆层8上。所述激光发生装置包括脉冲激光器14、反射镜13、聚焦透镜12、聚焦透镜固定杆11；所述焊接装置包括工作台3、下层板4、上层板5、垫板6、防护层7、黑漆层8、透本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光冲击焊接装置，其特征在于，包括三坐标移动平台装置、激光发生装置、焊接装置和控制装置；所述三坐标移动平台装置包括三坐标移动平台(2)和L型底座(1)；所述三坐标移动平台(2)位于L型底座(1)的底板上；所述激光发生装置发出的激光聚焦在上层板(5)中的倒梯形上方的黑漆层(8)上；所述激光发生装置包括脉冲激光器(14)、反射镜(13)、聚焦透镜(12)、聚焦透镜固定杆(11)；所述聚焦透镜(12)与聚焦透镜固定杆(11)连接，聚焦透镜固定杆(11)安装在L型底座(1)的竖直侧板上；所述反射镜(13)镜面与脉冲激光器(14)发出的激光束的角度为45°；所述反射镜(13)置于聚焦透镜(12)的上方；所述脉冲激光器(14)发出激光束经过反射镜(13)和聚焦透镜(12)辐照在上层板(5)上的倒梯形台阶上方的黑漆层(8)上；所述焊接装置包括工作台(3)、下层板(4)、上层板(5)、垫板(6)、防护层(7)、黑漆层(8)、透光板(9)和压块(10)；所述三坐标移动平台(2)置于L型底座(1)的水平面上；所述三坐标移动平台(2)上设置有工作台(3)；所述工作台(3)上表面两端设置有中心开孔的垫板(6)；所述工作台(3)上且置于垫板(6)之间放置有下层板(4)；所述下层板(4)上放置有上层板(5)；所述上层板(5)为倒台阶形；所述上层板(5)上设置有倒台阶形的防护层(7)；所述防护层(7)上涂覆黑漆层(8)；所述垫板(6)上端面上放置有透光板(9)；所述透光板(9)上放置有压块(10)；所述控制装置包括计算机(17)、脉冲激光器控制器(15)和三坐标移动平台控制器(16)；所述脉冲激光器控制器(15)一端与脉冲激光器(14)相连接，另一端与计算机(17)相连接；所述三坐标移动平台控制器(16)一端与计算机(17)连接；另一端与三坐标移动平台(2)相连接。...
【技术特征摘要】
1.一种激光冲击焊接装置，其特征在于，包括三坐标移动平台装置、激光发生装置、焊接装置和控制装置；所述三坐标移动平台装置包括三坐标移动平台(2)和L型底座(1)；所述三坐标移动平台(2)位于L型底座(1)的底板上；所述激光发生装置发出的激光聚焦在上层板(5)中的倒梯形上方的黑漆层(8)上；所述激光发生装置包括脉冲激光器(14)、反射镜(13)、聚焦透镜(12)、聚焦透镜固定杆(11)；所述聚焦透镜(12)与聚焦透镜固定杆(11)连接，聚焦透镜固定杆(11)安装在L型底座(1)的竖直侧板上；所述反射镜(13)镜面与脉冲激光器(14)发出的激光束的角度为45°；所述反射镜(13)置于聚焦透镜(12)的上方；所述脉冲激光器(14)发出激光束经过反射镜(13)和聚焦透镜(12)辐照在上层板(5)上的倒梯形台阶上方的黑漆层(8)上；所述焊接装置包括工作台(3)、下层板(4)、上层板(5)、垫板(6)、防护层(7)、黑漆层(8)、透光板(9)和压块(10)；所述三坐标移动平台(2)置于L型底座(1)的水平面上；所述三坐标移动平台(2)上设置有工作台(3)；所述工作台(3)上表面两端设置有中心开孔的垫板(6)；所述工作台(3)上且置于垫板(6)之间放置有下层板(4)；所述下层板(4)上放置有上层板(5)；所述上层板(5)为倒台阶形；所述上层板(5)上设置有倒台阶形的防护层(7)；所述防护层(7)上涂覆黑漆层(8)；所述垫板(6)上端面上放置有透光板(9)；所述透光板(9)上放置有压块(10)；所述控制装置包括计算机(17)、脉冲激光器控制器(15)和三坐标移动平台控制器(16)；所述脉冲激光器控制器(15)一端与脉冲激光器(14)相连接，另一端与计算机(17)相连接；所述三坐标移动平台控制器(16)一端与计算机(17)连接；另一端与三坐标移动平台(2)相连接。2.根据权利要求1所述的基于激光冲击焊接装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：用砂纸打磨上层板(5)和下层板(4)焊接区域表面以去除杂质和氧化层，用酒精作为清洗剂用超声波清洗机将上层板(5)和下层板(4)洗净，自然晾干，以获得清洁的表面；S2：在上层板(5)上加工倒梯形台阶，以便于形成冲击焊接所需的冲击角度和冲击速度；S...
【专利技术属性】
技术研发人员：高帅，刘会霞，马友娟，王霄，李聪，李立银，孙先庆，沙朝飞，沈宗宝，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。