一种红外探测窗口激光焊接装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种红外探测窗口激光焊接装置及焊接方法，激光经过激光焊接装置后发出两路同心交叠的激光，一路激光为环形匀化光斑，聚焦在焊料所在区域，环形匀化光斑根据待焊接区域的位置进行连续扩大或缩小的调节直至达到使用需求；另一路激光为面型匀化光斑，面型匀化光斑照射在待焊接区域，以此对待焊接区域的母材工件进行预热；焊接时将激光采用逐层逐级递进式进行扫描照射，焊料的熔化能够跟随激光移动，焊料遇到凹坑、间隙等能够进行从一侧向另一侧流动填充，推挤出气体，避免焊料同时熔融或随机熔融时把气体包裹住，无法排出，形成空洞孔隙。成空洞孔隙。成空洞孔隙。

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测窗口激光焊接装置及焊接方法


[0001]本专利技术涉及红外传感探测及激光焊接
，具体涉及一种红外探测窗口激光焊接装置及焊接方法。

技术介绍

[0002]光电传感，特别是红外探测领域，应用条件苛刻，气密性要求高，其中封装部件
‑‑‑
窗口至关重要。红外窗口材料如石英、氟化钙、氟化钡、锗、硫化锌、硒化锌等材料，需要与金属壳体实现可靠气密焊接，形成器件、模组和系统封装用窗口，保证在低温、高温、冷热变换、高湿等环境下长期不泄露、稳定工作，高可靠的焊接装置和焊接技术是关键。
[0003]上述窗口的焊接，通常采用如锡焊类软钎焊、硬钎焊等熔点不超过母材的钎料，通过加热到低于母材熔点而高于钎料熔点而实现母材连接的一类焊接方式制做，软、硬钎焊的焊接都是采用整体加热，如回流焊、气氛炉、真空炉、高频加热焊接，在焊料熔化过程中会出现随机熔融，先后顺序不受控，或者同时熔融，导致局部包裹空气或堵塞且未填充空隙，形成空洞或气孔，出现虚焊、空隙缺陷等，焊接后的可靠性差。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种红外探测窗口激光焊接装置及焊接方法。
[0005]一种红外探测窗口激光焊接装置，包括立体分光镜、扩束系统、凸面反射镜、凸透镜、锥透镜、分光镜、扩束准直系统、微透镜阵列匀化系统、聚焦透镜部和平面反射镜；激光经立体分光镜分成两束激光，一束激光经扩束系统扩束后，经凸面反射镜反射至凸透镜准直，准直后再经锥透镜交叉汇聚在焦点处形成环形匀化光斑，环形匀化光斑经分光镜照射在焊料所在区域；另一束激光经扩束准直系统扩束准直后进入微透镜阵列匀化系统，微透镜阵列匀化系统将激光依次在竖直方向和水平方向切割分成若干个子光束，聚焦透镜部接收子光束并对子光束进行聚焦得到面型匀化光斑，面型匀化光斑光经过平面反射镜反射到分光镜后照射在待焊接区域,所述环形匀化光斑和面型匀化光斑同心交叠。
[0006]进一步，所述微透镜阵列匀化系统包括第一一维单面柱面透镜、第二一维单面柱面透镜、第三一维单面柱面透镜和第四一维单面柱面透镜；第一一维单面柱面透镜将经扩束准直系统准直后的光束沿竖直方向分割成若干个第一子光束，第二一维单面柱面透镜接收若干个第一子光束且将第一子光束沿水平方向切割成若干个第二子光束，第三一维单面柱面透镜接收直方向的子光束，且第三一维单面柱面透镜与第一一维单面柱面透镜构成第一光路通道，第四一维单面柱面透镜接收水平方向的子光束，且第四一维单面柱面透镜与第二一维单面柱面透镜构成第二光路通道。
[0007]进一步，所述装置还包括两个第一精密驱动电机，两个精密驱动电机的输出端分别与第一一维单面柱面透镜和第四一维单面柱面透镜连接。
[0008]进一步，所述装置还包括第二精密驱动电机，第二精密驱动电机的输出端与凸透
镜连接。
[0009]进一步，所述环形光斑为圆环形光斑或方环形光斑。
[0010]进一步，所述激光包括半导体激光、固体激光、光纤激光、气体激光或准分子激光。
[0011]一种基于上述红外探测窗口激光焊接装置的焊接方法，具体为：将激光照射在激光焊接装置的立体分光镜上，激光经立体激光焊接装置后形成环形匀化光斑和面型匀化光斑，根据待焊接区域对凸透镜的位置进行连续快速调节，使环形匀化光斑连续进行扩大或缩小的照射在焊料所在区域，面型匀化光斑照射在待焊接区域进行预加热，预加热后的待焊接区域温度保持在焊料熔点以下10~30℃，调节激光参数并移动激光，采用逐级递进式的方式对待焊接区域进行扫描照射直至待焊接的第一母材工件和第二母材工件焊接完成。
[0012]进一步，所述焊料包括软钎焊焊料和硬钎焊焊料。
[0013]进一步，所述第一母材工件和第二母材工件的材质为金属、陶瓷或玻璃。
[0014]进一步，所述第一母材工件和第二母材工件的材质为陶瓷或玻璃时，陶瓷和玻璃表面镀有金属化膜。
[0015]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术的技术方案中，激光经过激光焊接装置后发出两路同心交叠的激光，环形匀化光斑聚焦在焊料所在区域作为加热源，环形匀化光斑根据待焊接区域的位置进行连续扩大或缩小的调节，以此满足不同尺寸的母材工件需要；面型匀化光斑照射在待焊接区域，以此对待焊接区域的母材工件进行预热，使得在焊接过程中熔融的焊料不会立即凝固，确保焊料流动和浸润，有利于焊接后的可靠性。
[0016]2.本专利技术的技术方案中，焊接时将激光采用逐层逐级递进式进行扫描照射，焊料的熔化能够跟随激光移动，焊料遇到凹坑、间隙等能够进行从一侧向另一侧流动填充，推挤出气体，避免焊料同时熔融或随机熔融时把气体包裹住，无法排出，形成空洞孔隙，降低焊接泄漏等风险隐患。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0018]图1为本专利技术激光焊接装置的示意图；图2为两个光斑同心交叠汇聚的平面的示意图；图3为凸透镜调节方向及环形匀化光斑变化示意图；图4为微透镜阵列匀化系统的示意图；图5为激光焊接装置焊接时的示意图；图6为实施例中焊接件Xray测试结果的示意图。
[0019]附图标记说明：1
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立体分光镜；2
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扩束系统；3
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凸面反射镜；4
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凸透镜；5
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锥透镜； 6
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分光镜；7
‑
两个光斑同心交叠汇聚的平面；8
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扩束准直系统；
9
‑
微透镜阵列匀化系统；9.1
‑
第一一维单面柱面透镜；9.2
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第二一维单面柱面透镜；9.3
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第三一维单面柱面透镜；9.4
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第四一维单面柱面透镜；10
‑
聚焦透镜部；11
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平面反射镜；12
‑
环形匀化光斑；13
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面型匀化光斑；14
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第一母材工件；15
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焊料；16
‑
第二母材工件；17
‑
激光焊接装置；18
‑
凹坑和间隙。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外探测窗口激光焊接装置，其特征在于，包括立体分光镜（1）、扩束系统（2）、凸面反射镜（3）、凸透镜（4）、锥透镜（5）、分光镜（6）、扩束准直系统（8）、微透镜阵列匀化系统（9）、聚焦透镜部（10）和平面反射镜（11）；激光经立体分光镜（1）分成两束激光，一束激光经扩束系统（2）扩束后，经凸面反射镜（3）反射至凸透镜（4）准直，准直后再经锥透镜（5）交叉汇聚在焦点处形成环形匀化光斑（12），环形匀化光斑（12）经分光镜（6）照射在焊料（15）所在区域；另一束激光经扩束准直系统（8）扩束准直后进入微透镜阵列匀化系统（9），微透镜阵列匀化系统（9）将激光依次在竖直方向和水平方向切割分成若干个子光束，聚焦透镜部（10）接收子光束并对子光束进行聚焦得到面型匀化光斑（13），面型匀化光斑（13）光经过平面反射镜（11）反射到分光镜（6）后照射在待焊接区域,所述环形匀化光斑（12）和面型匀化光斑（13）同心交叠。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列匀化系统（9）包括第一一维单面柱面透镜（9.1）、第二一维单面柱面透镜（9.2）、第三一维单面柱面透镜（9.3）和第四一维单面柱面透镜（9.4）；第一一维单面柱面透镜（9.1）将经扩束准直系统（8）准直后的光束沿竖直方向分割成若干个第一子光束，第二一维单面柱面透镜（9.2）接收若干个第一子光束且将第一子光束沿水平方向切割成若干个第二子光束，第三一维单面柱面透镜（9.3）接收直方向的子光束，且第三一维单面柱面透镜（9.3）与第一一维单面柱面透镜（9.1）构成第一光路通道，第四一维单面柱面透镜（9.4）接收水平方向的子光束，且第四一维单面柱面透镜（9.4）与第二一维单面柱面透镜（9.2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝群，魏志鹏，唐鑫，陈梦璐，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：