激光焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]由于铝、铜等材料对波长1064nm的激光的反射率高于90%，要实现铝、铜等高反射率材料的焊接一直是一个难题。一般需要千瓦级以上的激光器才能实现铝、铜等高反射率材料的焊接，不仅会造成能量的极大浪费，而且如果焊接角度控制不当，会导致反射光直接进入激光头，损伤光学系统。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种能提高材料对激光吸收率的激光焊接方法。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种激光焊接方法，包括以下步骤:
[0006]通过激光照射对工件的待焊接区域进行预处理，预处理完毕后在所述工件的待焊接区域表面形成一层氧化层；及
[0007]对所述预处理后的工件进行激光焊接。
[0008]在其中一个实施例中，所述氧化层的厚度为ΙΟμπι?50μηι。
[0009]在其中一个实施例中，所述通过激光照射对工件的待焊接区域进行预处理包括以下步骤:
[0010]对所述工件的待焊接区域进行定位；
[0011]利用第一激光器对所述工件的待焊接区域进行扫描，扫描完毕后在所述工件的待焊接区域表面形成一层氧化层；及
[0012]清除所述氧化层表面的污垢，并用溶剂进行擦拭。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一激光器为脉冲激光器，所述脉冲激光器的发射激光的波长为355nm?1064nm，脉冲宽度为纳秒或纳秒以下量级。
[0014]在其中一个实施例中，所述利用第一激光器对所述工件的待焊接区域进行扫描的过程中，所述第一激光器的输出功率为30W?50W，扫描速度为5m/s?10m/S，光斑大小为50 ?80 μ m0
[0015]在其中一个实施例中，所述通过激光照射对工件的待焊接区域进行预处理的过程中，通过CXD图像系统和扫描振镜控制氧化路径和氧化深度。
[0016]在其中一个实施例中，所述对所述预处理后的工件进行激光焊接包括以下步骤:
[0017]将所述预处理后的工件固定；及
[0018]在惰性气体氛围下，利用第二激光器沿所述工件的氧化层进行焊接。
[0019]在其中一个实施例中，所述第二激光器的功率为200W?1000W。
[0020]在其中一个实施例中，所述利用第二激光器沿所述工件的氧化层进行焊接时，焊接速度为3mm/s?5mm/s,离焦量为Omm?+5mm。
[0021]在其中一个实施例中，所述工件包括铜制工件和铝制工件。
[0022]本发明的有益效果如下:
[0023]本发明的激光焊接方法，在对工件进行激光焊接之前，先对工件的待焊接区域进行预处理，使工件的待焊接区域表面形成一层氧化层。当第一激光器发射的激光打到工件的待焊接区域表面时，由于激光的热量较高，会使工件的待焊接区域表面发生氧化反应，形成氧化层；并且，当激光打到工件的待焊接区域表面时，工件表面会有部分粒子被激光溅射出去或在高温下气化，因此，经第一激光器扫描后，工件的待焊接区域表面会形成一些微细结构，增加工件的待焊接区域表面的粗糙度。一般地，金属薄膜的反射率高于对应金属氧化物薄膜的反射率，且粗糙度越高，反射率越低。因此，经预处理后，大大降低了工件的待焊接区域的反射率，提高了材料对激光的吸收率。同时，由于工件的待焊接区域反射率降低，可采用较低功率的激光器对工件进行焊接，本发明的激光焊接方法在铜、铝等高反射率材料的焊接、封装等领域有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0024]图1为一实施例的激光焊接方法所使用装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]本发明提供了一种激光焊接方法，适用于金属材料制成的工件的焊接，尤其适用于铜、铝等高反射率材料制成的工件的焊接，该激光焊接方法可显著提高工件对激光的吸收率，解决了对高反射率材料进行焊接时需使用千瓦级以上激光器的问题。
[0027]本发明的激光焊接方法包括以下步骤:
[0028]SlOO:通过激光照射对工件的待焊接区域进行预处理，预处理完毕后在工件的待焊接区域表面形成一层氧化层。
[0029]本发明中，在进行激光焊接之前，首先对工件的待焊接区域进行预处理，该预处理过程通过激光照射完成。预处理后，工件的待焊接区域表面形成一层氧化层。一般地，工件为金属材料制成，而大多数金属氧化物的颜色较相应的金属的颜色要深；一般情况下，工件的颜色越深，反射率越低，因此，经预处理后，工件的待焊接区域反射率降低，吸收率增加。
[0030]当第一激光器发射的激光打到工件的待焊接区域表面时，由于激光的热量较高，会使工件的待焊接区域表面发生氧化反应，形成氧化层；并且，当激光打到工件的待焊接区域表面时，工件表面会有部分粒子被激光溅射出去或在高温下气化。因此，经第一激光器扫描后，工件的待焊接区域表面会形成一些微细结构，增加工件的待焊接区域表面的粗糙度。一般地，金属薄膜的反射率高于对应金属氧化物薄膜的反射率。例如，当工件由铜、铝等高反射率的材料制成时，氧化铝或氧化铜的反射率小于铝或铜的反射率，因此，氧化层可降低工件的待焊接区域的反射率；而微细结构增加了工件表面的粗糙度，粗糙度越高，反射率越低，因而，微细结构进一步降低了工件的待焊接区域的反射率。
[0031]本步骤中，氧化层的厚度(即氧化深度)根据具体的工件及焊接要求而定。一般地，待焊接工件越厚，要求的焊接强度越高，氧化层也相应地越厚。较佳地，氧化层的厚度为10 μ m?50 μ m，该厚度不仅能有效降低反射率，且工艺简单、容易实现。
[0032]优选地，通过激光照射的方式对工件的待焊接区域进行预处理包括如下步骤:
[0033]SllO:对工件的待焊接区域进行定位。
[0034]该步骤的作用是确定焊接的具体位置，较佳地，待焊接区域的定位通过CCD (Charge-coupled Device,电荷稱合原件)图像系统来实现。具体方法如下:
[0035]首先，找到激光焦点相对于CXD图像中心(一般有带刻度的十字线)的坐标(X。，Y0);而后，通过移动工件所在的工作台，使工件的待焊区域的中心点与C⑶图像中心点(一般为十字线中心)完全重合，再移动工作台至相对位置(?,?处，即完成了对待焊接区域的定位。
[0036]S120:利用第一激光器对工件的待焊接区域进行扫描，扫描完毕后在工件的待焊接区域表面形成一层氧化层。
[0037]本步骤中，第一激光器优选为脉冲激光器，发射激光的波长为355nm?1064nm,脉冲宽度小于等于纳秒量级。脉冲激光器可实现对工件扫描路径(即氧化路径)的精确控制，仅在待焊接区域进行扫描，避免对工件的其他部位造成损伤。
[0038]在其中一个实施例中，在对工件的待焊接区域进行扫描的过程中，脉冲激光器的输出功率为30W?50W，扫描速度优选为5m/s?10m/s，光斑大小为50 μ m?70 μ m。在上述参数下，不仅能够有效地减小激光器能量的损耗，且能实现激光器对工件扫描路径的精确控制，增加扫描后形成的氧化层的均匀性，进而增加激光焊接后焊缝的均匀性。
[0039]S130:清除氧化层表面的污垢，并用溶剂进行擦拭。
[0040]由于在经第一激光器扫描完毕后，氧化层表面会残留一些杂质和污垢，为了保证焊接质量，在对工件进行焊接之前，还需要对工件的氧化区域进行处理，即将氧化层表面的污垢清除，并用溶剂擦拭干净，该溶剂优选为丙酮。
[0041]上述预处理方式工艺简单、成本低廉，氧化均匀；可显著降低工件的待焊接区域的反射率；并且，通过激光照射进行预处理，无需借助其他材料实现工件的待焊接区域的氧化，因此减少了杂质粒子的引入，在后续的焊接过程中，有效保证了焊缝质量。
[0042]S200:对预处理后的工件进行激光焊接。
[0043]作为一种可实施方式，对预处理后的工件进行激光焊接包括如下步骤:
[0044]S210:将预处理后的工件固定。
[0045]在进行焊接前，需要先将待焊接的工件固定在工作台上，以保证焊接的精度和准度。一般地，待焊接工件通过夹具进行固定。
[0046]S220:在惰性气体氛围下，利用第二激光器沿工件的氧化层进行焊接。
[0047]在对工件的待焊接区域进行预处理后，由于工件的待焊接区域形成氧化层，因此，工件的待焊接区域反射率降低，对入射激光的吸收率增加，即使工件为铜、铝等高反射率材料制成时，采用功率较低的激光器也能完成焊接过程。作为优选，第二激光器的功率为200W?1000W。利用低功率的激光器，减少了能量的浪费，降低了成本，降低了对激光器光学系统造成损伤的几率。
[0048]优选地,在焊接过程中，焊接速度为3mm/s?5mm/s,离焦量为Omm?+5mm,有利于增加焊缝的均匀性，增强焊接强度。
[0049]作为一种可实施方式，惰性气体采用氩气，其制备简单，成本低廉；并具有稳定的化学性质，不易与其他物质发生反应，能起到较佳的保护作用。
[0050]经预处理后，工件的待焊接区域对入射激光的反射率明显降低，因此，可实现低功率的激光器对铜、铝等高反射率的材料的焊接，有效降低了能量的损耗，避免了焊接过程中由于反射率过高对激光器光学系统造成的损伤；同时由于工件的待焊接区域对入射激光的吸收率增加，使得工件的待焊接区域的熔化速率加快，进而提高了焊接速率。
[0051]需要说