激光焊接设备及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光焊接设备及其方法，尤指一种可控制激光能量的激光焊接设 备及其方法。
【背景技术】
[0002] 碳钢螺丝有较强的贯穿力，但易生锈，用于建筑上易产生锈斑而影响外观，而不锈 钢螺丝则物理性质过软，若欲穿透铁板则贯穿力不足。异质螺丝（bi-metal screw)是将碳 钢作为螺丝头再接合不锈钢作为螺丝尾，即可同时拥有高贯穿力以及抗锈的能力。
[0003] 摩擦焊接是此领域常见的接合手法，然而后续必须搭配车修制作工艺，以去除焊 接过程造成的表面不平整，如隆起或凹陷。现有技术采用激光焊接，然而，在激光进行异质 金属激光接合时，可发现激光照射区域尾端会产生一孔洞，此孔洞的成因主要为当焊接深 度愈深时，激光造成的热影响区的深度与宽度均会增加，同时使表面融化的金属向外流动； 当激光停止作用时，由于金属冷却太快，无法回流填补导致孔洞产生。
[0004] 因此，如何提出一种激光焊接设备及其方法来克服前述问题，是为目前业界亟待 解决的议题。
【发明内容】
[0005] 为解决至少上述问题，本发明提出一种激光焊接设备及其方法，由此避免激光焊 接制作工艺中在待焊接物上产生孔洞。
[0006] 本发明的激光焊接设备，包括：固定单元，用于固定二分别具有一焊接面的待焊接 物，该固定单元并使该二待焊接物以各自的焊接面彼此接合且同步转动；激光单元，其提供 一激光照射该二待焊接物的彼此接合的焊接面的接合处，以进行焊接制作工艺；吹气单元， 其于该焊接制作工艺进行时，用于对该二待焊接物的接合处提供一保护气体；以及控制单 元，用于控制该激光的能量，以使该激光的能量于该焊接制作工艺进行至末段时以至少一 阶的方式递减。
[0007] 此外，在一实施例中，本发明的控制单元可为电连接该激光单元的控制器，以控制 该激光单元所提供的激光的能量。在另一实施例中，本发明的控制单元可包括控制器及设 置于该激光单元与该二待焊接物之间的光学镜组，以由该控制器调整该光学镜组来控制该 激光的能量。
[0008] 本发明另提出一种激光焊接方法，其包括以下步骤：提供二分别具有一焊接面的 待焊接物，令该二待焊接物以各自的焊接面彼此接合以形成接合处；以一激光照射该二待 焊接物的接合处以进行焊接制作工艺；在该焊接制作工艺进行时，提供一保护气体至该接 合处，同时令该二待焊接物同步转动以供该激光照射该接合处一圈；以及于该焊接制作工 艺进行至末段时，控制该激光的能量以至少一阶的方式递减。
[0009] 此外，提供一保护气体至该接合处的步骤包括：在该激光照射该接合处时，提供该 保护气体至该接合处；以及于该激光照射该接合处一圈时，先停止照射该激光再停止提供 该保护气体。此外，本发明的激光焊接方法还包括设定该激光的一初阶能量及一末阶能量， 以根据该初阶能量及该末阶能量获得一中间值能量，进而将该中间值能量设定为第一阶能 量；还包括设定阶数，以根据该阶数将该中间值能量至该末阶能量的能量范围平均分配到 第一阶至最后一阶。
[0010] 本发明的激光焊接设备及方法，可省却后续车修步骤，大幅缩短制作工艺时间，另 外配合激光能量控制，可消除于激光焊接制作工艺末段时产生孔洞，进而提高制作工艺质 量。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的激光焊接设备的一实施例的构件示意图；
[0012] 图2为本发明的激光焊接设备的另一实施例的构件示意图；
[0013] 图3为本发明的激光焊接设备的又一实施例中的定位装置的构件示意图；
[0014] 图4A和图4B为本发明的激光焊接设备的激光能量阶梯递减的说明图；以及
[0015] 图5为本发明的激光焊接方法的流程示意图；
[0016] 图6a为在焊接制作工艺末段时会产生孔洞的示意图；
[0017] 图6b为本发明在焊接制作工艺末段时不会产生孔洞的示意图。
[0018] 主要组件符号说明
[0019] 11、12待焊接物
[0020] 111、121 焊接面
[0021] 13接合处
[0022] 2固定单元
[0023] 21夹持装置
[0024] 22定位装置
[0025] 221焊接窗
[0026] 3激光单元
[0027] 30 激光
[0028] 31激光源
[0029] 32焊接头
[0030] 4吹气单元
[0031] 5控制单元
[0032] 51、51' 控制器
[0033] 52光学镜组
[0034] S5〇l 至 S5〇4 步骤
【具体实施方式】
[0035] 以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此项技术的人士可由本 文所公开的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。需知，本说明书所附的附图所绘示 的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士的了解 与阅读，并非用于限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修 饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下， 均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0036] 请参阅图1和图2,本发明的激光焊接设备包括用于固定二待焊接物11和12的固 定单元2、提供一激光30的激光单元3、提供一保护气体的吹气单元4、以及控制激光30的 能量的控制单元5。
[0037] 二待焊接物11和12分别具有一焊接面111和121，二焊接面111和121于接合处 13彼此接触。需说明的是，管件或棒材焊接时常有孔洞发生问题，平板焊接时影响不大，本 发明的二待焊接物11和12可互为异质金属，例如分别为不锈钢段和碳钢段。
[0038] 固定单元2包括二夹持装置21，如图1和图2所示，分别夹持二待焊接物11和12 并使二待焊接物11和12的焊接面111和121彼此接合。二夹持装置21可分别电连接驱 动装置（未绘示，例如步进马达）以夹持着二待焊接物11和12使其以各自的焊接面111 和121彼此接合的方式同步转动。此外，固定单元2还包括一定位装置22,如图3所示，定 位装置22设计为具有两端开口（未标号），分别供二待焊接物11和12插入至其中以使二 焊接面111和121彼此接合，定位装置22还设计具有一焊接窗221以外露二焊接面111和 121彼此接合的接合处13,让激光30照射接合处13来进行焊接。由此，定位装置22能将 二待焊接物11和12的接合处13予以定位，则可省略追踪激光30是否照射接合处13的影 像追踪仪器。具体实施时，本发明的激光焊接设备可选择使用夹持装置21配合影像追踪仪 器，或者使用夹持装置21配合定位装置22,使二待焊接物11和12彼此以焊接面111和121 接合，且相对于定位装置22同步转动并定位接合处13。
[0039] 激光单元3包括激光源31及以光纤（未标号）连接激光源31的焊接头32,并提 供激光30来照射二待焊接物11和12的接合处13以进行焊接制作工艺。在进行焊接制 作工艺时，固定单元2令二待焊接物11和12同步旋转一圈，让由激光源31所发出激光30 经焊接头32来照射接合处13 -圈。例如，激光单元3可提供能量3000瓦（W)以下的激光 30,而固定单元2可让二待焊接物11和12转动速度约lmm/s以上。
[0040] 吹气单元4,用于焊接制作工艺进行时，对二待焊接物11和12的接合处13提供如 惰性气体的保护气体，例如氦气、氖气或氩气，由此减少金属氧化的机率，使得激光30照射 处（即焊接处）的氧化物减少，进而提高二待焊接物11和12接合时的稳定度及强度。
[0041] 控制单元5用于控制激光30的能量，以使激光30的能量于焊接制作工艺进行至 末段时以至少一阶的方式递减。控制单元5包括控制器51，如图1所示，控制器51输出电 信号以控制激光单元3提出相对应的激光能量。另外如图2所示，控制单元5可包括控制器 51'和光学镜组52,光学镜组52设置于激光单元3与二待焊接物11和12之间，以由控制 器51'调整光学镜组52来控制激光30的能量，例如控制光学镜组52中衰减片（未绘示） 的旋转角度来减弱激光30的能量，且光学镜组52还能调整激光30的方向及光斑尺寸。
[0042] 此外，所谓焊接制作工艺的末段是指激光照射即将关闭处，可为激光30照射二待 焊接物11和12的接合处13即将完成一圈或是恰好一圈或是超过一圈时，也就是，激光30 照射在二待焊接物11和12上的光点即将与焊接制作工艺初始焊接点相交时或是刚好相交 或是超过初始焊接点，而激光改变原本作用能量的位置。此外，激光30的能量于焊接制作 工艺进行至末段时以至少一阶的阶梯方式递减，如图4A所示为二阶递减，如图4B所示为四 阶递减，而每阶段的时间维持〇. 5 y s以上。另外，控制单元5还用于供设定激光30的一 初阶能量及一末阶能量，以根据该初阶能量及该末阶能量获得一中间值能量，进而将该中 间值能量设定为第一阶能量，以及供设定一阶数以根据该阶数将该中间值能量至该末阶能 量的能量范围平均分配到第一阶至最后一阶。例如，设定初阶能量为800W且末阶能量为 400W，若阶数为二阶，则第一阶能量为600W而第二阶能量为400W ;若阶数不只二阶，则将第 一阶的600W至末阶的400W之间的能量依阶数来平均分配。
[0043] 具体实施时，以图1为例，激光30由激光源31提供以自焊接头32发出来照射二 待焊接物11和12的接合处13,同时吹气单元4辅以氩气，而于激光30照射同时，夹持装置 21将二待焊接物11和12同轴同动地旋转，于旋转一圈后先停止激光30再停止吹气，其中 利用激光3