用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置制造方法及图纸

一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置，包括：纳秒激光器，所述纳秒激光器以激光脉冲形式发射激光束，耦合至所述纳秒激光器的扫描仪，用于将所述激光束相对于所述第一金属部件的金属表面移动，以及耦合至所述扫描仪的控制器，所述控制器控制所述扫描仪。

Device for Laser Welding of First Metal Component to Second Metal Component

A device for laser welding a first metal component to a second metal component includes a nanosecond laser, which emits a laser beam in the form of a laser pulse and is coupled to the scanner of the nanosecond laser, for moving the laser beam relative to the metal surface of the first metal component, and a controller coupled to the scanner, the control of which is described. The scanner is controlled by the scanner.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置
本技术涉及用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置。本技术对于焊接不同金属、光亮金属以及对于在消费者电子设备、电子封装、能量存储、装饰设计以及医疗设备具有特殊应用。
技术介绍
通过近红外频谱(800nm到2500nm)中的激光焊接来接合光亮金属(诸如，金、铜、铝、铂和银)提出了挑战，因为光亮金属的表面是高反射性的，吸收不良。为了克服表面反射以及发起激光能量耦合至金属表面中，使用具有高功率密度的激光束是必要的。光束对光亮材料的函数近似于具有来自光束抵抗(hold-off)(反射)和吸收中的非常窄的工作窗口的离散函数。首先，表面反射基本上所有激光。然而，一旦通过足够的激光强度克服了表面反射，则引发表面的熔化。该反射随后几乎立即从其原有超过80％反射率的高反射状态转变为较低值，对于某些金属而言，可能低于50％的反射率。这导致表面上的熔池非常迅速地生长。因此非常难以控制。当焊接薄且小质量部分时，挑战增加。此种高功率密度通常是不利的，这导致激光束的过穿透，并且导致不可靠的接合。相反，如果用光束密度在或刚刚高于吸收限制的较低功率密度来操作近红外激光器，则作为激光束与金属表面的不一致和随机耦合的结果，这一般导致薄弱焊件或没有焊件。现在铜与其它光亮金属(诸如，金和银)的激光焊接的较佳方法涉及使用以可见绿波长发射的激光器。最常见的激光器是以532nm发射的频率加倍的1064nm激光器。这是因为光亮金属在532nn的反射率通常显著低于在近红外波长处。光亮金属与此类激光器的激光接合产生可重复和一致的焊件，但以与频率加倍相关联的效率、复杂性和与频率的成本为代价。在一些应用中，将532nm处发射的激光器与1064nm处的第二激光器结合以增加效率和生产率是必要的。此类双波长系统要求使用复杂的光束监视和实时分析以便分析和定制焊件的结构的激光焊接工艺的闭环监视。此类诊断设备使用背反射光以及焊池特性的视频分析以便向激光器控制器提供反馈。这些系统是复杂的和昂贵的。已经采用了使用绿色激光器来执行光亮金属的焊接接合，无需特别解决接合不同金属的应用。不同金属的常规焊接依赖于对界面处金属的稀释以及结果所得热状况的特定控制以将导致接头中的所谓的金属间化合物的不同金属的混合最小化。大的金属间化合物区域易于因作用于接头上的应力断裂，并且该断裂传播通过整个接头直到发生故障。具有连续波和脉冲激光的激光焊接是已知的，其具有或连续焊件前端，或交叠点焊，其中该焊件形成连续接缝。由焊接工艺导致的材料中的缺陷造成了薄弱，并且在大部分应用中是不可接受的。脉冲焊件通常使用微秒和毫秒脉冲来形成，从而生成再固化以形成焊件的熔化。当焊接不同材料时，焊件界面可包含金属间化合物，该金属间化合物是由被接合的两种材料形成并且通常本质上是易碎和不期望的化合物，并且该焊件因此可沿该金属间化合物层破裂。对用于在接头界面中不导致问题的情况下接合光亮和不同金属和合金的更简单方案存在需要。该方法应该能够在每个接头上产生一致的和可预测结果。结果所得的焊件应该没有与金属间化合物相关联的可靠性问题。对避免上述问题的用于激光焊接的装置和方法存在需要。
技术实现思路
根据本技术的非限定实施例，提供了一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置，该装置包括：以激光脉冲形式发射激光束的激光器，用于相对于第一金属部件的金属表面移动激光束的扫描仪，将激光脉冲聚焦到金属表面上的物镜，以及控制器，其控制扫描仪从而扫描仪相对于金属表面移动激光束以形成多个经聚焦光斑，其特征在于，该装置用使在第一金属部件中形成多个熔池并在第二金属部件中形成热桩的光斑大小和脉冲通量来聚焦激光脉冲，每个热桩从熔池中的一个不同熔池延伸并且具有远端，并且控制器将经聚焦光斑分开小到足以使熔池交叠并且大到足以确保热桩的远端在至少一个方向上彼此区别且分开的距离。本技术是特别有吸引力的，因为可从两种不同的金属形成焊件，其中一种可以是光亮金属，并且可通过材料与激光束之间的直接交互来形成焊件。这些金属也可具有不同的熔点。结果所得的焊件是强健的、可重复的、可以是导电的，并且没有由金属间化合物导致的薄弱。本技术还提供一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的方法，该方法包括：将第一金属部件置于第二金属部件上；提供用于以激光脉冲形式发射激光束的激光器；提供用于相对于第一金属部件的金属表面扫描激光束的扫描仪；提供用于将激光脉冲聚焦到金属表面上的物镜；提供控制器，该控制器被适配成控制扫描仪从而扫描仪相对于金属表面移动激光束，用使在第一金属部件中形成多个熔池并且在第二金属部件中形成热桩的光斑大小和脉冲通量来聚焦激光脉冲，其中每个热桩从熔池中的一个不同熔池延伸并且具有远端，并且适配控制器以将经聚焦光斑分开小到足以使熔池交叠并且大到足以确保热桩的远端在至少一个方向上彼此区别且分开的距离。由本技术的装置或方法形成的激光焊件可以是自生的。热桩可具有至多为其深度一半的宽度。第一金属部件可被涂覆。第一金属部件可包括多个层。第二金属部件可包括多个层。第一金属部件和第二金属部件可由相同金属形成。第一金属部件和第二金属部件可由不同金属形成。第一金属部件可包括铜或铜合金。第一金属部件可包括选自由包括以下的组的金属：铜、铝、金、银、铂、镍、钛、不锈钢以及包含前述金属之一的合金，诸如青铜、黄铜、镍钛、以及非晶合金。第一金属部件可具有大于80％的反射率。第一金属部件可在暴露于10mJ或更少的脉冲能量时熔化。金属可以是铝。第一金属部件可包括铜。第二金属部件可包括镀镍钢。第一金属部件可包括铝。第二金属部件可包括钢。第一金属部件在焊件的区域中可具有不超过2mm的厚度。厚度可小于1mm。厚度可小于0.5mm。第一金属部件的杨氏模量可小于第二金属部件的杨氏模量。第一金属部件可包括第一金属而第二金属部件可包括第二金属，并且第一金属可比第二金属实质上更可塑。热桩可以是螺旋形式。本技术还提供了一种包括焊接至第二金属部件时的第一金属部件的制品，其中焊件包括第一金属部件中的多个熔池以及第二金属部件中的多个热桩，其特征在于，每个热桩从熔池中的不同一个熔池延伸并且具有远端，熔池交叠，并且热桩的远端在至少一个方向上是彼此区别和分开的。本技术还提供了当根据本技术的方法焊接时的制品。制品的示例是饮料罐、饮料罐上的标签、移动电话、平板计算机、电视机、机械以及珠宝。附图说明现在仅通过示例并且参照附图描述本技术的各实施例，附图中：图1示出了用于在根据本技术的方法中使用的装置；图2示出了脉冲激光波形；图3示出已被聚焦至表面上的激光束；图4示出了热桩；图5示出了用涂层涂覆的第一金属部件；图6示出了包括多个层的第一金属部件；图7示出了不是根据本技术的现有技术中的焊件；图8示出了根据本技术的包括热影响区的焊件；图9示出了以焊接至第二金属部件的标签形式的第一金属部件；图10示出了螺旋形式的焊接轨迹；图11示出了包括个体热桩的螺旋形式的焊件；图12示出了使用三个焊件接合至第二金属部件的第一金属部件；图13示出了脉冲通量相对于所吸收的能量密度的示图；图14示出了键孔焊件；图15示出了连续螺旋形式的焊件；图16示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置，其特征在于，所述装置包括：纳秒激光器，所述纳秒激光器以激光脉冲形式发射激光束，耦合至所述纳秒激光器的扫描仪，用于将所述激光束相对于所述第一金属部件的金属表面移动，以及耦合至所述扫描仪的控制器，所述控制器控制所述扫描仪。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 GB 1502149.61.一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置，其特征在于，所述装置包括：纳秒激光器，所述纳秒激光器以激光脉冲形式发射激光束，耦合至所述纳秒激光器的扫描仪，用于将所述激光束相对于所述第一金属部件的金属表面移动，以及耦合至所述扫描仪的控制器，所述控制器控制所述扫描仪。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·卡波斯塔尼奥，J·T·加布笛尔，
申请(专利权)人：司浦爱激光技术英国有限公司，
类型：新型
国别省市：英国,GB