一种激光焊前材料表面的预处理方法及系统技术方案

一种激光焊前材料表面的预处理方法及系统。所述方法包括首先通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗，在通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗的同时，图像采集设备实时采集样品的表面形态，并根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净：如未清洗干净，继续通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗；如清洗干净，关闭皮秒脉冲激光，通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理；在黑化处理的同时，图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，当样品表面完全黑化之后，关闭飞秒激光，即完成焊前材料表面的预处理。本方法可以使样品对光的强反射作用消失，在表面形成微纳结构，大大提高了激光焊接过程中材料对激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和质量。

Method and system for pretreating material surface before laser welding

Method and system for pretreating material surface before laser welding. The method comprises the steps of cleaning the surface of the sample by laser pulse in the picosecond, picosecond pulse laser cleaning on the sample surface, the surface morphology of the sample image acquisition equipment acquisition, and according to the sample surface morphology determine the sample surface is clean: if not clean, to clean the laser pulse through the sample surface PS; such as clean, close by picosecond pulse laser, femtosecond laser for blackening on the sample surface; in the blackening process at the same time, the image acquisition device for real-time monitoring of sample surface blackening, when the sample surface is completely closed melanization, femtosecond laser, complete the pretreatment of material surface before welding. This method can make the sample disappear strong reflection effects on light, micro nano structure on the surface, greatly improving the laser welding process of material on laser absorption efficiency, effectively improve the efficiency and quality of laser welding.

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊前材料表面的预处理方法及系统
本专利技术涉及一种激光焊前材料表面的预处理方法及系统，具体涉及一种在激光焊之前材料表面的飞秒/皮秒脉冲激光复合预处理方法及预处理系统。
技术介绍
在航天、高铁等产品中需要应用大量的高强合金零件，其焊接方式是航天、高铁研究中的一个重要方向。激光焊接具有无机械接触，焊接速度快，生产效率高等优点，得到了越来越多的关注。激光焊接前对焊接材料的处理又是影响激光焊接效果的一个关键因素。合金表面的油污、氧化膜等附着物会影响焊接质量和效率。焊前去除合金材料的附着物是防止产生气孔、夹渣的重要步骤。目前，焊前对材料的预处理方式主要是指对材料的清洗。传统的清洗方式主要包括化学清洗和手工打磨。化学清洗一般是指酸洗，该过程能够有效清除基材表面的氧化膜和油污，但是该方法对环境污染严重。而手工打磨的方法工作效率低、成本高、工作环境恶劣、容易损伤基底材料表面、不能满足大批量生产的要求。除此之外，还可以采用激光清洗的方式。激光清洗是将高能激光投射到物理表面，使材料表面的附着物瞬时蒸发、烧蚀或剥离，是一种新型的表面处理技术。相比于传统的清洗方式，激光清洗更加高效环保。目前激光清洗一般都是采用基于调Q技术的纳秒脉冲清洗。但是不论采用哪一种清洗方式，对材料的处理都是单一的，清洗后获得的材料基材对激光反射率较高、激光吸收率较低，将影响激光焊接效率。
技术实现思路
本专利技术的第一专利技术目的是提供一种激光焊前材料表面的预处理方法。该方法可通过对焊前材料表面的预处理提高激光焊接质量和效率。本专利技术实现其第一专利技术目的所采取的技术方案是：一种激光焊前材料表面的预处理方法，包括首先通过皮秒脉冲激光对材料样品表面进行清洗，其特征在于：在通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗的同时，图像采集设备实时采集样品的表面形态，并根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净：如未清洗干净，继续通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗；如清洗干净，关闭皮秒脉冲激光，通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理；在通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理的同时，图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，当样品表面完全黑化之后，关闭飞秒激光，即完成焊前材料表面的预处理。与现有技术相比，本专利技术方法的有益效果是：本专利技术方法首先通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗；去除样品表面会影响焊接质量和效率的油污、氧化膜等附着物，然后进一步通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理，黑化处理不仅可以使样品表面对光的强反射作用消失，提高激光焊接的效率和质量；同时黑化处理又可以在样品表面形成微纳结构，增大表面积，使金属材料散热性更好，进一步提高激光焊接质量。总之，利用皮秒脉冲激光清洗和飞秒激光黑化对焊前材料表面复合预处理，大大提高激光焊接过程中材料对激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和质量。进一步，本专利技术方法所述根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净是通过计算机软件智能判断。进一步，本专利技术方法所述图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，判断是否完全黑化是通过计算机软件智能判断。这样，直接通过计算机软件智能判断样品表面清洗情况和黑化情况，整个过程中无需人工干预，大大提高了工作效率，降低了预处理成本。本专利技术的第二专利技术目的是提供一种可实现上述预处理方法的激光焊前材料表面的预处理系统。该预处理系统不仅可以对材料表面进行激光清洗，而且同时可在清洗之后通过对材料表面进行黑化处理，以达到材料表面的复合处理，提高激光焊接质量和效率。本专利技术实现其第二专利技术目的所采取的技术方案是：一种激光焊前材料表面的预处理系统，包括激光处理模块，其结构特点是：所述激光处理模块包括对样品表面进行清洗的激光清洗子模块和对样品表面进行黑化的激光黑化子模块；激光清洗子模块和激光黑化子模块之间通过智能控制模块控制切换，所述智能控制模块包括图像采集子模块、智能判断子模块和控制子模块；所述图像采集子模块用于采集样品表面形态并传输给智能判断子模块；所述智能判断子模块用于根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净；所述控制子模块根据智能判断子模块判断的结果控制激光清洗子模块和激光黑化子模块之间的控制切换。本专利技术系统的工作方法是：首先打开激光处理模块的激光清洗子模块，对样品表面进行清洗；在清洗的同时，智能控制模块的图像采集子模块实时采集样品表面形态并传输给智能判断子模块；智能判断子模块根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净；如果清洗干净了，智能控制模块的控制子模块关闭激光清洗子模块，打开激光处理模块的激光黑化子模块，对样品表面进行黑化处理；如果未清洗干净，智能控制模块的控制子模块不动作，激光清洗子模块继续对样品表面进行清洗，直至清洗干净，再切换至激光黑化子模块。激光黑化子模块在对样品表面进行黑化处理的同时，智能控制模块的图像采集子模块实时采集样品表面形态并传输给智能判断子模块；智能判断子模块根据样品表面形态判断样品表面是完全黑化；如果完全黑化了，智能控制模块的控制子模块关闭激光黑化子模块，完成激光焊前材料表面的预处理；如果未完全黑化，智能控制模块的控制子模块不动作，激光黑化子模块继续对样品表面进行黑化处理，直至样品表面完全黑化，再关闭激光黑化子模块。与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：本技术方案将通过激光对材料表面进行清洗和黑化复合化，首先通过激光对材料表面进行清洗，去除材料表面会影响焊接质量和效率的油污、氧化膜等附着物，然后进一步通过激光对样品表面进行黑化处理，黑化处理不仅可以使样品对光的强反射作用消失，提高激光焊接的效率和质量；同时黑化处理又可以在样品表面形成微纳结构，使金属材料散热性更好，进一步提高激光焊接质量。总之，利用激光清洗和激光黑化对焊前材料表面复合预处理，大大提高激光焊接过程中材料对激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和质量。本技术方案利用智能控制模块的图像采集子模块实时采集样品表面形态并传输给智能判断子模块，然后通过智能判断子模块判断样品表面的清洗情况和黑化情况，从而通过控制子模块控制激光清洗子模块和激光黑化子模块的切换和开闭，整个过程中无需人工干预，大大提高了工作效率，降低了预处理成本。进一步，本专利技术系统所述激光清洗子模块提供皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗，所述激光黑化子模块提供飞秒脉冲激光对样品表面进行黑化。相比于纳秒脉冲，皮秒脉冲激光的脉冲宽度更窄，可获得更高的峰值功率。因此本专利技术系统激光清洗子模块采用皮秒脉冲激光用于清洗样品表面，相比于纳秒脉冲激光，所需要的激光能量更低。另外，本专利技术系统采用飞秒脉冲激光对样品表面进行黑化处理，飞秒激光的脉冲宽度很短，即激光与物质的相互作用时间短，对材料的热影响小；这样材料本身的温度不会因为飞秒激光的作用而升高，避免了材料在受热情况下再次形成氧化膜，破坏清洗的效果。进一步，本专利技术系统所述激光清洗子模块包括皮秒脉冲激光器，激光黑化子模块包括飞秒脉冲激光器，所述激光清洗子模块和激光黑化子模块均包括激光输出光纤、将激光输出光纤输出的激光进行准直的准直透镜，控制激光光束作用于样品表面上的位置和扫描速度的扫描振镜和将激光聚焦入射到样品上的汇聚透镜。这样，皮秒脉冲激光器和飞秒脉冲激光器输出的激光依次通过激光输出光纤、准直透镜、扫描振镜和汇聚透镜；利用准直透镜可以减小光纤输出的激光的发散角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊前材料表面的预处理方法，包括首先通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗，其特征在于：在通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗的同时，图像采集设备实时采集样品的表面形态，并根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净：如未清洗干净，继续通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗；如清洗干净，关闭皮秒脉冲激光，通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理；在通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理的同时，图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，当样品表面完全黑化之后，关闭飞秒激光，即完成焊前材料表面的预处理。

【技术特征摘要】
1.一种激光焊前材料表面的预处理方法，包括首先通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗，其特征在于：在通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗的同时，图像采集设备实时采集样品的表面形态，并根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净：如未清洗干净，继续通过皮秒脉冲激光对样品表面进行清洗；如清洗干净，关闭皮秒脉冲激光，通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理；在通过飞秒激光对样品表面进行黑化处理的同时，图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，当样品表面完全黑化之后，关闭飞秒激光，即完成焊前材料表面的预处理。2.根据权利要求1所述的一种激光焊前材料表面的预处理方法，其特征在于：所述根据样品表面形态判断样品表面是否清洗干净是通过计算机软件智能判断。3.根据权利要求1所述的一种激光焊前材料表面的预处理方法，其特征在于：所述图像采集设备实时监测样品表面的黑化情况，判断是否完全黑化是通过计算机软件智能判断。4.一种激光焊前材料表面的预处理系统，包括激光处理模块，其特征在于：所述激光处理模块包括对材料的样品(500)表面进行清洗的激光清洗子模块(100)和对样品(500)表面进行黑化的激光黑化子模块(200)；激光清洗子模块(100)和激光黑化子模块(200)之间通过智能控制模块(300)控制切换，所述智能控制模块(300)包括图像采集子模块(310)、智能判断子模块(320)和控制子模块(330)；所述图像采集子模块(310)用于采集样品(500)表面形态并传输给智能判断子模块(320)；所述智能判断子模块(320)用于根据样品(500)表面形态判断样品(500)表面是否清洗干净；所述控制子模块(330)根据智能判断子模块(320)判断的结果控制激光清洗子模块(100)和激光黑化子模块(200)之间的控制切换。5.根据权利要求4所述的一种激光焊前材料表面的预处理系统，其特征在于：所述激光清洗子模块(100)提供皮秒脉冲激光对样品(500)表面进行清洗，所述激光黑化子模块(200)提供飞秒脉冲激光对样品(500)表面进行黑化。6.根据权利要求5所述的一种激光焊前材料表面的预处理系统，其特征在于：所述激光清洗子模块(100)包括皮秒脉冲激光器(110)，激光黑化子模块(200)包括飞秒脉冲激光器(210)，所述激光清洗子模块(100)和激光黑化子模块(200)均包括激光输出光纤(102)、将激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪莎，陈辉，朱宗涛，
申请(专利权)人：四川广正科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51