一种皮秒脉冲激光焊接机的制作方法

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种皮秒脉冲激光焊接机。

背景技术：

激光焊接机在做同种材料或不同种材料激光焊接时，由于激光脉冲的加热时间长，因此很多情况下被焊接的材料容易变脆，加热时间越长，材料越容易变脆，尤其是进行不同材料之间的焊接时，因为不同金属间氧化物普遍都比较脆，导致焊接不牢固。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种皮秒脉冲激光焊接机，被其激光加热的材料不容易脆化，焊接强度高。

本发明提供了如下的技术方案：

一种皮秒脉冲激光焊接机，包括机箱，机箱内设有皮秒脉冲激光器和控制板卡，机箱上方通过支架依次安装有振镜和场镜，皮秒脉冲激光器通过光纤连接振镜，振镜包括x轴镜片和y轴镜片，x轴镜片连接有x轴电机，y轴镜片连接有y轴电机，场镜连接于振镜的下方；皮秒脉冲激光器发射的激光束依次经x轴镜片、y轴镜片和场镜聚焦至待焊接的工件上；控制板卡的信号输出端分别连接皮秒脉冲激光器、x轴电机和y轴电机，控制板卡可控制皮秒脉冲激光器发射的激光脉冲范围、以及x轴电机和y轴电机的旋转角度和旋转频率；所述激光束在所述工件上的运动轨迹为螺旋轨迹。

优选的，支架内还设有扩束镜，扩束镜位于振镜的激光束入口的前侧。

优选的，扩束镜为扩束倍数在2-10倍范围内可调的可调式扩束镜。

优选的，所述激光束经过所述扩束镜发射至所述x轴镜片上形成的光斑直径范围为6mm～20mm。

优选的，所述皮秒脉冲激光器发射的激光束波长范围为355nm-1070nm，所述激光束的脉宽范围为0.5ps-400000ps，所述激光束的出光焊接速度范围为1mm/s-2000mm/s。

优选的，所述螺旋轨迹为由中心螺旋向外运动，或者由外螺旋向里运动。

优选的，所述工件为上下层叠的两个金属薄板，所述金属薄板的厚度范围为0.005mm-0.9mm。

优选的，所述控制板卡的信号输入端连接有电脑。

本发明的有益效果是：本发明的激光焊接每个脉冲的都是皮秒级的，所以焊接处的材料被激光加热的时间极短，同时脉冲峰值高，所以被激光加热的材料不容易脆化，从而提高了被焊接材料的强度，尤其对不同材料的薄型金属板的焊接更加牢固；本发明通过控制板卡分别控制皮秒脉冲激光器发射的激光脉冲范围、以及x轴电机和y轴电机的旋转角度和旋转频率，对工件进行高速焊接，形成螺旋轨迹的细密的焊点，由数万个焊点排列呈螺旋形，形成咬合力均匀并且连接强度高的焊纹，使两块金属板能够紧密融合，焊接强度高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路连接示意图；

图3是本发明的振镜内部结构的仰视示意图；

图4是本发明带扩束镜的光路示意图；

图5至图7分别是激光束的出光运动轨迹示意图。

图中标记为：1.机箱；2.皮秒脉冲激光器；3.控制板卡；4.振镜；41.x轴镜片；42.y轴镜片；43.x轴电机；44.y轴电机；5.场镜；6.光纤；7.扩束镜；8.工件；9.电脑。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种皮秒脉冲激光焊接机，包括机箱1，机箱1内设有皮秒脉冲激光器2和控制板卡3，机箱1上方通过支架依次安装有振镜4和场镜5，场镜5连接于振镜4的下方，皮秒脉冲激光器2通过光纤6连接振镜4，振镜4包括x轴镜片41和y轴镜片42，x轴镜片41连接有x轴电机43，x轴电机43可驱动x轴镜片41高速振动和旋转，y轴镜片42连接有y轴电机44，y轴电机44可驱动y轴镜片42高速振动以及旋转；皮秒脉冲激光器2发射的激光束依次经x轴镜片41、y轴镜片42改变方向并且高频振动后，再由场镜5聚焦至待焊接的工件8上，对工件进行焊接，皮秒脉冲激光器2的脉宽小，峰值高，单次脉冲对薄型金属板的加热时间短，材料不容易脆化，使工件的焊接更加牢固。

控制板卡3的信号输出端分别连接皮秒脉冲激光器2、x轴电机43和y轴电机44，控制板卡3可控制皮秒脉冲激光器2的激光脉宽范围，还可控制x轴电机43和y轴电机44的输出偏转角度和转动频率，从而控制x轴镜片41、y轴镜片42的振动频率，使激光束在工件上高速地形成数万至数十万个细微的焊点，细微的焊点排列成螺旋形的焊接轨迹，一个焊接轨迹整体上相当于一个常规的大焊点，若干个大焊点再依次排列形成焊纹，从而将两块薄金属板均匀、紧密地焊接在一起；螺旋形轨迹可以快速地形成较大面积的焊纹，从而使焊接效率高。如图5至图6所示，螺旋轨迹的方向可以由中心螺旋向外运动，或者由外螺旋向内运动，如图5至图7所示，螺旋轨迹可以是圆形螺旋、多边形螺旋、三角形螺旋等，总之是螺旋轨迹。螺旋形轨迹的螺旋线间隔可根据情况而定，其间隔范围为0.001mm-0.3mm。

皮秒脉冲激光器2发射的激光束波长范围为355nm-1070nm，激光束的脉宽范围为0.5ps-400000ps，激光束的出光焊接速度范围为1mm/s-2000mm/s，适用范围广。

如图2和图4所示，支架内还设有扩束镜7，扩束镜7位于振镜4的激光束入口的前侧。皮秒脉冲激光器2发射的激光束可先经过扩束镜7扩束后再进入振镜4内，扩束镜7的主要作用是将激光束的光斑扩大，控制出射光的汇聚程度，避免大功率的激光出光时伤害镜面，或者将工件打坏。扩束镜7还将光斑调整为平行光，便于激光的稳定传输。

扩束镜7为扩束倍数在2-10倍范围内可调的可调式扩束镜，从而使聚焦后的光斑有更大的调节范围。激光束经过扩束镜发射至x轴镜片上形成的光斑直径范围为6mm～20mm。

工件8为上下层叠的两个金属薄板，金属薄板的厚度范围为0.005mm-0.9mm，两层金属薄板可以是相同的材质，也可以是不同材质，例如钢/镍、镍/铝、钢/铝等材质组合。由于不同金属间的氧化物普遍都比较脆，因此，本发明的皮秒级高速脉冲激光对金属薄板的加热时间极短，对于不同材质的金属薄板焊接强度更高。

控制板卡3的信号输入端连接有电脑9，可在电脑9上对控制板卡3输入皮秒脉冲激光器2的激光脉冲范围、x轴镜片41和y轴镜片42的振动频率和旋转角度等参数，从而得到需要的出光焊接速度和激光运动轨迹。

本发明的工作过程为：皮秒脉冲激光器2发出的激光束经过扩束镜7后，由振镜4内的x轴镜片41和y轴镜片42传输到场镜5，激光束在薄板金属工件上聚焦后，通过控制板卡3对工件8高速地打大量微孔状的焊点，由于皮秒脉冲激光器2的脉宽小，峰值高，因此对薄型金属板的加热时间短，材料不容易脆化。控制板卡3控制x轴电机43和y轴电机44的输出角度，使经过x轴镜片41和y轴镜片42反射后的激光束在两个工件8上形成螺旋形的运动轨迹。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。