用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922093422.9 (22)申请日 2019.11.28 (73)专利权人 武汉华工激光工程有限责任公司 地址 430223 湖北省武汉市东湖开发区华 中科技大学科技园激光产业园 (72)发明人 王建刚胡学安胡俊胡张薇 程英 (74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 代理人 吴静 (51)Int.Cl. B23K 26/24(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 101/12。

2、(2006.01) (54)实用新型名称 一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊 接系统 (57)摘要 本实用新型涉及激光焊接技术领域， 提供了 一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系 统， 包括可发出可见光的激光器， 还包括用于对 所述激光器发出的激光进行加工的激光光路单 元， 所述激光光路单元包括用于对所述激光器发 出的激光进行整形的准直镜、 用于将所述准直镜 整形后的激光聚焦至待焊工件表面进行焊接的 聚焦镜， 所述准直镜和所述激光器通过传输光纤 和光纤接头连接。 本实用新型的一种用于铜合金 焊接的可见光波段激光焊接系统， 能对0.2mm以 下厚度的铜及其合金材料实现有效连接， 焊缝强 度。

3、高， 热变形量及飞溅小， 易于大批量生产。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 211614611 U 2020.10.02 CN 211614611 U 1.一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 包括可发出可见光的激光器， 其 特征在于： 还包括用于对所述激光器发出的激光进行加工的激光光路单元， 所述激光光路 单元包括用于对所述激光器发出的激光进行整形的准直镜、 用于将所述准直镜整形后的激 光聚焦至待焊工件表面进行焊接的聚焦镜， 所述准直镜和所述激光器通过传输光纤和光纤 接头连接。 2.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 所述激光光路。

4、单元还包括可反射光和透射光的45 折返镜， 所述45 折返镜设于所述准直镜 与所述聚焦镜之间， 且所述45 折返镜折返所述准直镜整形后的平行光至所述聚焦镜。 3.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 所述聚焦镜的焦距与所述准直镜的焦距之间的比值在0.53之间。 4.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 激光焊接的路径为圆形、 直线或曲线。 5.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 还包括用于为所述激光器和所述传输光纤供给循环水的冷却单元。 6.如权利要求5所述的一种用于铜合金。

5、焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 所述水冷单元包括冷水机、 防冻纯净水、 水管以及接头， 所述冷水机通过接头与激光器和所 述传输光纤连接， 所述冷水机通过所述水管输送所述防冻纯净水至所述接头， 所述冷水机 的工作温度范围在535之间。 7.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 还包括用于驱使所述待焊工件移动的运动模块， 所述运动模块具有供待焊工件搁置的工作 台。 8.如权利要求7所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 还包括用于控制所述激光器的输出和所述运动模块的运动的控制单元。 9.如权利要求1所述的一种用于铜合金。

6、焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在于： 所述激光器输出的激光的波长范围在400500nm之间， 所述传输光纤的芯径在1001000 m之间。 10.如权利要求1所述的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 其特征在 于： 所述铜合金为紫铜合金、 黄铜合金、 白铜合金或青铜合金， 且所述铜合金的厚度在0.05 0.2mm之间。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211614611 U 2 一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统 技术领域 0001 本实用新型涉及激光焊接技术领域， 具体为一种用于铜合金焊接的可见光波段激 光焊接系统。 背景技术 0002 目 前 ， 激光精密焊接主。

7、要应 用于3C电 子行业 (计算机Computer、 通讯 Communication、 消费电子Consumer Electric)以及新能源电池行业， 所述的3C电子行业和 新能源行业呈现小型化、 精细化、 轻薄化发展趋势， 要求激光焊接系统针对0.2mm厚度以下 的金属材料， 特别是高导热、 高反射率的铜及其合金材料进行有效焊接， 强度高、 变形量小 及无飞溅是这些焊接领域的典型焊接效果要求。 焊接时需要激光光束在极短的时间内让金 属材料达到熔融温度， 使材料实现有效连接， 并且热量输入较少以保证变形量小。 常用的红 外波段激光焊接系统面对铜及其合金的连接时， 焊接过程非常不稳定， 并且。

8、激光束与铜材 料作用会产生大量飞溅， 可重现性极低， 很难满足焊接要求。 实用新型内容 0003 本实用新型的目的在于提供一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统， 通 过激光光路单元配合激光器进行焊接， 可以满足现有的焊接要求。 0004 为实现上述目的， 本实用新型实施例提供如下技术方案： 一种用于铜合金焊接的 可见光波段激光焊接系统， 包括可发出可见光的激光器， 还包括用于对所述激光器发出的 激光进行加工的激光光路单元， 所述激光光路单元包括用于对所述激光器发出的激光进行 整形的准直镜、 用于将所述准直镜整形后的激光聚焦至待焊工件表面进行焊接的聚焦镜， 所述准直镜和所述激光器通过传输光。

9、纤和光纤接头连接。 0005 进一步， 所述激光光路单元还包括可反射光和透射光的45 折返镜， 所述45 折返 镜设于所述准直镜与所述聚焦镜之间， 且所述45 折返镜折返所述准直镜整形后的平行光 至所述聚焦镜。 0006 进一步， 所述聚焦镜的焦距与所述准直镜的焦距之间的比值在0.53之间。 0007 进一步， 激光焊接的路径为圆形、 直线或曲线。 0008 进一步， 还包括用于为所述激光器和所述传输光纤供给循环水的冷却单元。 0009 进一步， 所述水冷单元包括冷水机、 防冻纯净水、 水管以及接头， 所述冷水机通过 接头与激光器和所述传输光纤连接， 所述冷水机通过所述水管输送所述防冻纯净水至。

10、所述 接头， 所述冷水机的工作温度范围在535之间。 0010 进一步， 还包括用于驱使所述待焊工件移动的运动模块， 所述运动模块具有供待 焊工件搁置的工作台。 0011 进一步， 还包括用于控制所述激光器的输出和所述运动模块的运动的控制单元。 0012 进一步， 所述激光器输出的激光的波长范围在400500nm之间， 所述传输光纤的 芯径在1001000 m之间。 说明书 1/4 页 3 CN 211614611 U 3 0013 进一步， 所述铜合金为紫铜合金、 黄铜合金、 白铜合金或青铜合金， 且所述铜合金 的厚度在0.050.2mm之间。 0014 与现有技术相比， 本实用新型的有益效。

11、果是： 一种用于铜合金焊接的可见光波段 激光焊接系统， 能对0.2mm以下厚度的铜及其合金材料实现有效连接， 焊缝强度高， 热变形 量及飞溅小， 易于大批量生产。 附图说明 0015 图1为本实用新型实施例提供的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统 的工作流程框图； 0016 图2为本实用新型实施例提供的一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接系统 的三种不同的激光焊接的路径示意图； 0017 附图标记中： 1-冷却单元； 2-激光器； 3-传输光纤； 4-准直镜； 5-45 折返镜； 6-聚焦 镜； 7-待焊工件； 8-运动模块； 9-外控软件； 10-工控机； 11-激光控制卡； 12。

12、-运动控制卡。 具体实施方式 0018 下面将结合本实用新型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的 实施例。 基于本实用新型中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其它实施例， 都属于本实用新型保护的范围。 0019 请参阅图1， 本实用新型实施例提供一种用于铜合金焊接的可见光波段激光焊接 系统， 包括可发出可见光的激光器2以及用于对所述激光器2发出的激光进行加工的激光光 路单元， 所述激光光路单元包括用于对所述激光器2发出的激光进行整形的准直镜4、 用于 将。

13、所述准直镜4整形后的激光聚焦至待焊工件7表面进行焊接的聚焦镜6， 所述准直镜4和所 述激光器2通过传输光纤3连接。 在本实施例中， 激光器2产生的激光光束通常是发散的， 通 过准直镜4将激光光束整形后， 可以形成平行的激光光束， 这样再入射到聚焦镜6中被聚焦 后的激光光束可以用作待焊工件7表面进行焊接， 可以满足焊接要求。 优选的， 激光器2发出 的可见光为蓝光， 比起现有不可见的红外光更能满足焊接要求。 优选的， 所述激光器2输出 的激光的波长范围在400500nm之间， 所述传输光纤3的芯径在1001000 m之间。 所焊接 的铜合金为紫铜合金、 黄铜合金、 白铜合金或青铜合金， 且所述铜。

14、合金的厚度在0.05 0.2mm之间。 0020 作为本实用新型实施例的优化方案， 请参阅图1， 所述激光光路单元还包括可反射 光和透射光的45 折返镜5， 所述45 折返镜5设于所述准直镜4与所述聚焦镜6之间， 且所述 45 折返镜5折返所述准直镜4整形后的平行光至所述聚焦镜6。 在本实施例中， 45 折返镜5 指的是在布置时使折返镜具有45 的倾斜角， 该折返镜可以是透过可见光、 反射激光， 或者 是反射可见光、 透过激光， 如此可以供人们根据实际情况来增加合适的视觉系统。 而且在搭 建光路的路径时， 为了减少不必要的空间浪费， 采用折返镜可以将原本需要在一条直线上 的准直镜4和聚焦镜6的。

15、位置改变， 进而节省布局空间。 0021 作为本实用新型实施例的优化方案， 所述聚焦镜的焦距与所述准直镜的焦距之间 的比值在0.53之间。 所述聚焦镜6的焦距与所述准直镜4的焦距之间的比例可以是1： 2、 1： 说明书 2/4 页 4 CN 211614611 U 4 1或2： 1。 在本实施例中， 限定二者之间的焦距比例， 可以控制激光准直和聚焦情况， 进而满 足焊接要求。 当然， 除了本实施例举例的这几种比例情况以外， 其他的能够满足焊接要求的 比例也是可行的。 0022 作为本实用新型实施例的优化方案， 请参阅图1， 本系统还包括用于为所述激光器 2和所述传输光纤3供给冷水的冷却单元1。。

16、 在本实施例中， 在焊接的过程中为了保证所述激 光器2正常运行， 需要配备冷却单元1来提供循环水散热。 优选的， 本冷却单元1包括冷水机、 防冻纯净水、 水管以及接头， 所述冷水机通过接头与激光器2和所述传输光纤3连接， 所述冷 水机通过所述水管输送所述防冻纯净水至所述接头， 所述冷水机的工作温度范围在535 之间。 在5-35摄氏度之间， 温度可以进行自适应调节循环水温度。 冷水机为一种本领域常 规设备， 其具体工作方式此处就不再详述。 0023 作为本实用新型实施例的优化方案， 请参阅图1， 本系统还包括用于驱使所述待焊 工件7移动的运动模块8， 所述运动模块8具有供待焊工件7搁置的工作台。

17、。 在本实施例中， 为 了配合聚焦镜6发出的激光光束以及焊接动作， 可以通过运动模块8来带动待焊工件7， 运动 模块8可以由电动推杆推动， 也可以由丝杆传动来驱动， 通常是通过驱动一滑块， 工件固定 在滑块上， 进而带动工件移动， 移动的方式可以二维的或三维的， 这些均为本领域常规驱 动， 此处也不再详述驱动的具体结构。 0024 进一步优化上述方案， 请参阅图1， 本系统还包括用于控制所述激光器2的输出和 所述运动模块8的运动的控制单元。 在本实施例中， 控制单元是用来解放人们的双手以及使 工作更为精准的， 它分为两个部分， 一个是控制激光器2， 另一个是控制运动模块8。 优选的， 该控制单。

18、元具体包括外控软件9、 激光控制卡11、 运动控制卡12以及工控机10， 其中， 在焊接 前， 先由所述外控软件9绘制焊接路径并设置激光器2焊接参数， 然后再焊接时， 通过所述工 控机10下发到所述激光控制卡11和运动控制卡12， 再由所述激光控制卡11下发信号至激光 器2， 由所述运动控制卡12下发信号至运动模组， 以完成整个焊接过程。 在这其中， 外控软件 9的控制是本领域常规控制， 它是现成的软件， 直接拿来设定参数即可。 激光控制卡11和运 动控制卡12是起一个信号传输的作用， 即将软件发出的指令转换成激光器2和运动模块8能 够接收到的指令， 进而完成动作， 它们也均为本领域常规技术。。

19、 0025 作为本实用新型实施例的优化方案， 本系统还包括保护气体装置。 在本实施例中， 该保护气体装置包括气刀、 气嘴或气室， 用来供给保护气体， 使本系统更能满足现有的焊接 要求。 0026 以下为两个具体的实施方式： 0027 实施例1： 以0.2mm厚度的磷青铜拼接焊为例， 焊接区域为20mm的直线， 要求每毫米 的焊接强度大于100N， 焊缝宽度小于0.5mm， 并且保证焊缝表面美观无飞溅。 采用150W的蓝 光激光器， 光纤芯径为200 m， 聚焦镜焦距与准直镜焦距比为1:1， 焊接路径为直线， 尺寸为 20mm， 焊接功率设置为150W， 焊接速度设置为5mm/s， 按照预设的路。

20、径进行焊接。 焊接效果如 下： 每毫米的焊接强度高达110N， 焊缝宽度仅为0.38mm， 并且焊缝表面美观无飞溅， 满足焊 接要求。 0028 实施例2： 以0.1mm厚度的紫铜叠焊为例， 焊接区域不超过6mm*0.4mm， 要求焊接强 度大于150N， 并且保证焊缝表面美观无飞溅。 采用150W的蓝光激光器， 光纤芯径为200 m， 聚 焦镜焦距与准直镜焦距比为1:2， 焊接路径为直线， 尺寸为5mm， 焊接功率设置为150W， 焊接 说明书 3/4 页 5 CN 211614611 U 5 速度设置为3mm/s， 按照预设的路径进行焊接。 焊接效果如下： 每毫米的焊接强度高达185N， 。

21、实际焊接区域仅为5.2mm*0.3mm， 并且焊缝表面美观无飞溅， 满足焊接要求。 0029 如图2所示， 除上述两个实施例中为直线的焊接路径以外， 焊接路径还可以为圆形 或曲线， 或者是其他的形状， 曲线不限制于图2中所示的向上弯曲的曲线， 也可以朝其他任 何方位弯曲的曲线。 0030 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修 改、 替换和变型， 本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。 说明书 4/4 页 6 CN 211614611 U 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 211614611 U 7 。