一种基于激光冲击的搭焊装置及方法制造方法及图纸

在激光冲击焊接领域中，本发明专利技术提供一种基于激光冲击的搭焊装置及方法，包括：激光器、聚焦透镜、风筒、水路组件和三维移动平台；样品安装通过夹持组件安装在三维移动平台上，夹持组件安装在三维移动平台的Z轴上，三维移动平台用于带动样品移动；聚焦透镜用于将激光器发出的脉冲激光光束聚焦成光斑，光斑在样品的搭焊起点处；样品包括依次设置的基板、限位层、冲击板、烧蚀层和约束层，限位层粘在基板上，冲击板通过夹持组件与基板夹紧，冲击板背离限位层的表面喷涂一层烧蚀层，约束层附着在烧蚀层上的水膜，为水路组件对烧蚀层喷射；风筒设置在聚焦透镜对脉冲激光光束聚焦后的光路的上方，风筒用于阻隔水路组件喷出的水路溅射在聚焦透镜上。镜上。镜上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光冲击的搭焊装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光冲击焊接领域，尤其涉及一种基于激光冲击的搭焊装置及方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业技术的发展，金属焊接已广泛应用于航空航天、交通运输等领域。特别是微米尺度的异种材料连接在医疗器械及微电子机械系统领域都具有广泛的应用价值。激光冲击焊接是一种适用于微米尺度异种材料且极具应用前景的新型固态焊接技术，其定位精确、焊接区域大小灵活可调，满足精密器件加工需求。激光冲击焊接属于高速冲击固相焊接的
，其优点在于焊接后不存在连续的热影响区，不会像熔化焊在焊接界面产生大量的金属间化合物，也不会出现明显的裂纹、孔洞等缺陷。其过程是激光通过烧蚀激发等离子体，等离子体在约束层的限制下在材料表面爆炸，驱动冲击板以合适的角度与基板高速碰撞。
[0003]目前的激光冲击焊接可以实现同种和异种材料组合的点焊，焊点区域的直径一般为几个毫米。由于冲击板与基板的碰撞，在基板上会产生冲击波，同时相应的反射冲击波作用在冲击板上，当反作用力超过冲击板的塑性变形屈服极限时，焊接中心处会发生回弹。有效焊接区域通常为除了中心回弹外的环形区域。该结果会影响焊接质量，不利于焊接的完整性。
[0004]综上，现行方法存在如下问题：
[0005]1.无法完成连续性的焊接；
[0006]2.焊接效率低。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于激光冲击的搭焊装置及方法，利用激光冲击技术实现微小构建的搭焊生产，提高其在应用环境中的有效连接范围及连接性能，尤其提高了在电子系统中的导电性。同时，采用持续的流水作为约束，解决了现有激光冲击焊接由于固体约束层受损而无法连续焊接的问题，具体包括：
[0008]一种基于激光冲击的搭焊装置，包括：激光器、聚焦透镜、风筒、水路组件和三维移动平台；
[0009]样品安装通过夹持组件安装在所述三维移动平台上，所述夹持组件安装在所述三维移动平台的Z轴上，所述三维移动平台用于带动所述样品移动；
[0010]所述聚焦透镜用于将所述激光器发出的脉冲激光光束聚焦成光斑，所述光斑在所述样品的搭焊起点处；
[0011]所述样品包括依次设置的基板、限位层、冲击板、烧蚀层和约束层，所述限位层粘在所述基板上，所述冲击板通过所述夹持组件与所述基板夹紧，所述冲击板背离所述限位层的表面喷涂一层烧蚀层，所述约束层附着在所述烧蚀层上的水膜，为所述水路组件对所述烧蚀层喷射；所述风筒设置在所述聚焦透镜对所述脉冲激光光束聚焦后的光路的上方，
所述风筒用于阻隔所述水路组件喷出的水路溅射在所述聚焦透镜上。
[0012]优选的，本装置还包括计算机、激光控制器、水冷机；
[0013]所述激光控制器与所述计算机信号连接，所述水冷机用于对所述激光器降温。
[0014]优选的，所述烧蚀层为黑色喷漆。
[0015]优选的，本装置还包括平台控制器，所述平台控制器与所述计算机信号连接，所述平台控制器用于控制所述三维移动平台工作。
[0016]优选的，所述水路组件包括进水端、水流量计、进水管路和送水喷头；
[0017]所述进水端与所述进水管路的进水口连接，所述进水管路的进水口处设置所述水流量计；
[0018]所述进水管路的出水口安装送水喷头，所述送水喷头向所述烧蚀层喷涂水膜。
[0019]优选的，所述水路组件还包括排水槽和排水管；
[0020]所述排水槽设置在所述三维移动平台的Z轴，所述排水槽设置在所述夹持组件的下方；
[0021]所述排水管的进水口与所述排水槽接通。
[0022]优选的，还包括透镜支架，所述聚焦透镜安装在透镜支架；
[0023]还包括安装架，所述风筒安装在所述安装架上；
[0024]所述限位层为四周封闭且中间镂空的结构设置。
[0025]一种基于激光冲击的搭焊方法，应用于上述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，包括下述步骤：
[0026]S1、制备样品，将所述样品装在夹持组件上；
[0027]S2、将送水喷头对准所述样品的烧蚀层并喷射流水，所述烧蚀层上的流水形成水膜，所述水膜为样品的约束层；
[0028]同时，打开风筒，所述风筒出风在聚焦透镜聚焦后的光路上形成风幕；
[0029]同时，排水槽将所述烧蚀层上落下的水通过排水管排出；
[0030]S3、激光控制器操作激光器发射调试光，计算机控制三维平台移动，直至聚焦透镜形成的光斑定位在所述样品的搭焊起点处；
[0031]S4、通过计算机向激光控制器设定激光器的激光参数，开启所述激光器，所述激光器发出的脉冲激光光束依次经过所述聚焦透镜和所述约束层后辐射到所述烧蚀层，所述烧蚀层气化形成等离子体并推动冲击板向基板冲击焊接；
[0032]同时，通过所述计算机向所述平台控制器输入所述三维移动平台的移动路径；
[0033]直至样品完成焊接；
[0034]S5、取下完成焊接的样品；
[0035]若存在未焊接的样品，则将未焊接样品更换到所述夹持组件上，跳转至所述步骤S3；
[0036]否则，关闭所述激光器、所述送水喷头和所述三维移动移动平台，然后关闭风筒。
[0037]优选的，所述步骤S4的激光参数包括：
[0038]设定在所述光斑的直径为2mm；
[0039]设定激光冲击能量密度为6.86GW/cm2。
[0040]优选的，所述S4中的激光参数还包括：相邻光斑的搭接率为50％。
[0041]上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0042]上述方案，本专利技术提出的基于激光冲击的搭焊装置，利用流动的水作为约束，而非其它高透光固体介质作为约束层，避免了由于单次激光造成固体介质的破裂而影响等离子体的限制，从而导致焊接失效。流水对冲击板表面始终具有约束作用且不会受到激光损坏，改善了现有激光冲击焊接无法实现搭焊的情况；
[0043]本专利技术采用激光加载与控制系统联动结合，实现了激光冲击焊接的自动化，具有较高的精确度与安全性，大大提高了生产效率；
[0044]本专利技术制备工艺简单环保，生产成本低且生产效率高，能够实现利用激光冲击的微小构建的搭焊，且不受材料限制，拓宽了激光冲击焊接的应用范围。
附图说明
[0045]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046]图1为本申请实施例所提供的一种基于激光冲击的搭焊装置的示意图；
[0047]图2为本申请实施例的样品组装结构示意图；
[0048]图3为本申请实施例的样品示意图；
[0049]图4为一种基于激光冲击的搭焊方法的流程图。
[0050]附图标记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，包括：激光器、聚焦透镜、风筒、水路组件和三维移动平台；样品安装通过夹持组件安装在所述三维移动平台上，所述夹持组件安装在所述三维移动平台的Z轴上，所述三维移动平台用于带动所述样品移动；所述聚焦透镜用于将所述激光器发出的脉冲激光光束聚焦成光斑，所述光斑在所述样品的搭焊起点处；所述样品包括依次设置的基板、限位层、冲击板、烧蚀层和约束层，所述限位层粘在所述基板上，所述冲击板通过所述夹持组件与所述基板夹紧，所述冲击板背离所述限位层的表面喷涂一层烧蚀层，所述约束层附着在所述烧蚀层上的水膜，为所述水路组件对所述烧蚀层喷射；所述风筒设置在所述聚焦透镜对所述脉冲激光光束聚焦后的光路的上方，所述风筒用于阻隔所述水路组件喷出的水路溅射在所述聚焦透镜上。2.根据权利要求1所述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，还包括计算机、激光控制器、水冷机；所述激光控制器与所述计算机信号连接，所述水冷机用于对所述激光器降温。3.根据权利要求1所述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，所述烧蚀层为黑色喷漆。4.根据权利要求2所述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，还包括平台控制器，所述平台控制器与所述计算机信号连接，所述平台控制器用于控制所述三维移动平台工作。5.根据权利要求1所述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，所述水路组件包括进水端、水流量计、进水管路和送水喷头；所述进水端与所述进水管路的进水口连接，所述进水管路的进水口处设置所述水流量计；所述进水管路的出水口安装送水喷头，所述送水喷头向所述烧蚀层喷涂水膜。6.根据权利要求5所述的基于激光冲击的搭焊装置，其特征在于，所述水路组件还包括排水槽和排水管；所述排水槽设置在所述三维移动平台的Z轴，所述排水槽设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧敏，王绮涵，郑文跃，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：