专利名称：一种火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种金属构件的加工方法，具体来说是指一种火花塞侧电极的加工制作方法；该方法主要用于将铆钉头状贵金属焊接到火花塞侧电极上，焊接处要求熔合均勻， 无缝隙及裂纹，焊点光滑。
背景技术：
激光焊接属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。激光束可由平面光学元件(如镜子)导引，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。聚焦的能量熔化焊缝两边的金属，使之融合到一起，从而达到焊接的目的，激光焊接属非接触式焊接， 作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防熔池氧化，在焊接中还可以添加填料金属。
激光焊接具有普通焊接所不具有的优势
(1)可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低；
(2)不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低；
(3)激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥；
(4)工件可放置在封闭的空间(经抽真空或内部气体环境在控制下)；
(5)激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件；
(6)可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料；
(7 )易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制；
(8)焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰；
(9)不受磁场所影响(电弧焊接及电子束焊接则容易)，能精确的对准焊件；
(10)可焊接不同物性(如不同电阻)的两种金属；
(11)不需真空，亦不需做X射线防护；
(12)若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1；
(13)可以切换装置将激光束传送至多个工作站。
正由于激光焊接具有上述优点，激光焊接的应用已经越来越广泛，在火花塞侧电极一般都是采用两种金属相结合制作的，侧电极的电极中心为电极头，电极头一般采用与侧电极不一样的贵金属制作，电极头通过焊接在侧电极的头部；现在侧电极的电极头一般都是采用电焊焊接在侧电极上，所以其效果不是很好，最近提出了采用激光焊接方式，将电极头焊接在侧电极上；可是现在的电极头激光焊接只是通过多个激光焊接头从电极头的周边环形布置来进行焊接，但是现在的侧电极激光焊接经常出现焊接处熔合不均勻，存在有缝隙及裂纹，焊点不光滑等现象，从而影响产品的质量。经过国家专利局的文献检索，发现有专利号为CN200410058802. 4，发明名称为“具有通过激光焊接连接的贵金属片的火花塞及其加工方法”的中国专利与本发明有关联；该专利公开了一种火花塞及其制造方法，所述火花塞可以确保贵金属片以及接地电极之间连接的可靠性以及较高的寿命和燃油的可燃性。所述接地电极与所述金属壳体相连，随后所述贵金属片被激光焊接至所述接地电极。通过所述激光束在一给定的角度范围之外环绕所述贵金属片以及所述接地电极之间的一个交界面的发射，所述激光焊接得以实施，其中在所述角度范围之内，所述金属壳体将阻碍所述激光束的传送。准确地说，所述激光束在不对所述金属壳体产生任何光学干涉的情况下发射。这就允许所述每一激光束与所述接地电极之所述表面之间的夹角最小化，而与所述金属壳体无关，从而确保所述贵金属片之所述熔融部达到一所期望的深度。但该激光焊接方式仍是采用普通的环形焊接，只是从焊接的进入角度方面进行了选择，因此仍然没有解决焊接处熔合不均勻，存在有缝隙及裂纹，焊点不光滑等现象等问题。从现在火花塞的激光焊接来看，为了防止激光直接照射在电极头的顶部，使贵金属全部融化，所有侧电极电极头激光焊接全部都是采用从侧面采取与电极头成一定夹角的方向投入激光束，这样就必须采用多个激光头，从环形来布置，这样一则容易出现上述专利所述的激光干涉的问题；二则由于激光头的个数是有限的，所以所形成的环形焊接，仍然只是近似的环形，每一个激光头之间仍然会出现交叉或强弱不一的现象，从而影响焊接的质量，因此很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有侧电极贵金属激光焊接经常出现焊接处熔合不均勻，存在有缝隙及裂纹，焊点不光滑等现象，从而影响产品质量的问题，提出一种新的侧电极激光焊接方法及装置，该方法及装置能够有效解决侧电极激光焊接经常出现焊接处熔合不均勻，存在有缝隙及裂纹，焊点不光滑等现象，从而影响产品质量的问题。本发明的目的是通过下述技术实施方案实现的一种侧电极激光焊接方法，其特征在于从侧电极贵金属头的上方发射激光束，再通过一个透镜使侧电极贵金属头顶部上方发射的激光束能避开侧电极贵金属头的顶部区域，而形成一个环形激光光斑照射在侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，用环形激光光斑烧熔焊缝，熔合因电阻焊挤出的材料，烧熔区域呈环形，将环形光斑的圆心与铆钉头的圆心对正，对正后光斑对焊接区域照射。所述的环形激光光斑可以是通过用凸透镜聚光，将尚未完全聚焦的直射激光光源，通过透镜折射，使方向聚集到一个环；产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束，激光束通过一个凸透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在凸透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头上方发射平行往下的部分激光束直接照射到侧电极贵金属头顶部，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过凸透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。所述的环形激光光斑也可以是通过用一种异形透镜聚光，将尚未完全聚焦的激光入射光源，通过透镜折射，使方向聚集到一个环；产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射激光束，激光束通过一个异形透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在异形透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头上方发射的部分的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部，使得从侧电极贵金属头上方发射的激光束在通过异形透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。所述的环形激光光斑可以是通过用平透镜聚光，将已经汇聚的激光束，通过阻挡或反射的方式，使光束中间产生空心；产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束，激光束通过一个平透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在平透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部；同时采用根部具有铆钉状的贵金属头，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。所述的环形激光光斑可以是通过平透镜将已经汇聚的激光束，通过反射的方式， 使光束中间产生空心；产生环形光束方法是从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，激光束通过一个平透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域， 同时在平透镜的中心部位设有一个圆形的反光面，反光面可以反射由从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部；同时采用根部具有铆钉状的贵金属头，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。以上四种激光焊接方式均为环形激光光斑照射焊接，一次形成环形焊融区域，熔融部均勻、无缝隙及裂纹，焊面光滑。并且该焊接方式不会使激光束接触到贵金属头。所述的环形激光光斑焊接能量的控制，可以是控制激光光源功率，也可以控制激光投射时间。本发明通过增加一个透镜，并在透镜的中心设置遮挡或反射区域防止激光照射到贵金属头顶部，从而改变激光照射的方式，从电极头的上方射入激光束，形成环形激光光斑对贵金属头进行焊接，而且采用环形激光光斑，一次形成环形焊接区域，具有焊接方便，熔融部均勻、无缝隙及裂纹，焊面光滑。并且该焊接方式不会使激光束接触到贵金属头。
图1为本发明的一个实施例原理示意图； 图2为本发明的另一个实施例原理示意图； 图3为本发明的另一个实施例原理示意图； 图4为本发明的另一个实施例原理示意图。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。通过附图可以看出，本发明涉及一种侧电极激光焊接方法，其特征在于从侧电极贵金属头的上方发射激光束，再通过一个透镜使侧电极贵金属头上方发射的激光束能避开侧电极贵金属头的顶部区域，而形成一个环形激光光斑照射在侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，用环形激光光斑烧熔焊缝，熔合因电阻焊挤出的材料，烧熔区域呈环形，将环形光斑的圆心与铆钉头的圆中心对正，对正后光斑对焊接区域照射。实施例一
附图1为本发明的一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种侧电极激光焊接方法，尤其是通过从贵金属头上方所发射的环形激光光斑进行侧电极贵金属头的激光焊接方法；所述的环形激光光斑可以是通过用凸透镜聚光，将尚未完全聚焦的直射激光光源，通过凸透镜折射，使方向聚集到一个环。产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束1，激光束2通过一个凸透镜2再照射到侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，同时在凸透镜2的中心部位设有一个圆形的遮光面6，遮光面6 可以遮挡住部分由从侧电极贵金属头3顶部发射平行往下的激光束1直接照射到侧电极贵金属头3顶部，使得从侧电极贵金属头3上方发射平行往下的激光束1在通过凸透镜2再照射到侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5时成为一种环形激光光斑 7，通过环形激光光斑7照射侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，进行激光焊接。实施例二
附图2为本发明的另一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种侧电极激光焊接方法，尤其是通过从贵金属头上方所发射的环形激光光斑进行侧电极贵金属头的激光焊接方法；所述的环形激光光斑也可以是通过用一种异形透镜聚光，将尚未完全聚焦的入射激光光源，通过透镜折射，使方向聚集到一个环。产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射激光束8，激光束8通过一个异形透镜9再照射到侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，同时在异形透镜9的中心部位设有一个圆形的透镜遮光面10，透镜遮光面10可以遮挡住部分由从侧电极贵金属头3上方的激光束8，避免直接照射到侧电极贵金属头3顶部，使得从侧电极贵金属头上方发射往下的激光束8在通过异形透镜9再照射到侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5时成为一种环形激光光斑 7，通过环形激光光斑7照射侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，进行激光焊接。实施例三
附图3为本发明的另一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种侧电极激光焊接方法，尤其是通过从贵金属头上方所发射的环形激光光斑进行侧电极贵金属头的激光焊接方法；所述的环形激光光斑可以是通过用平透镜，将已经汇聚的激光束，通过阻挡的方式，使光束中间产生空心。产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束11，激光束11通过一个平透镜12再照射到侧电极贵金属头3侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，同时在平透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面13，遮光面13可以遮挡住部分由从侧电极贵金属头3上方发射平行往下的激光束11，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部；同时采用根部具有铆钉状的贵金属头14，使得从侧电极贵金属头·4顶部发射平行往下的激光束在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头14根部的铆钉头与侧电极板4结合部的根部区域5时成为一种环形激光光斑7，通过环形激光光斑7照射侧电极贵金属头 14根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。实施例四
附图4为本发明的另一个实施例，通过附图可以看出，本发明涉及一种侧电极贵金属激光焊接方法，尤其是通过从贵金属头上方所发射的环形激光光斑进行侧电极贵金属头的激光焊接方法；所述的环形激光光斑可以是通过用平透镜聚光，将已经汇聚的激光束，通过反射的方式，使光束中间产生空心。产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束15，激光束15通过一个平透镜16再照射到侧电极贵金属头14侧面与侧电极板4结合部的根部区域5，同时在平透镜16的中心部位设有一个圆形的反光面17，反光面 17可以反射部分由从侧电极贵金属头14上方发射平行往下的激光束15，避免直接照射到侧电极贵金属头14顶部；同时贵金属头14采用根部具有铆钉状的电极头，使得从侧电极贵金属头14上方发射平行往下的激光束15在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头14根部的铆钉头与侧电极板4结合部的根部区域5时成为一种环形激光光斑7，通过环形激光光斑 7照射侧电极贵金属头14根部的铆钉头与侧电极板4结合部的根部区域5，进行激光焊接。以上四种激光焊接方式均为环形激光光斑照射焊接，一次形成环形焊融区域，熔融部均勻、无缝隙及裂纹，焊面光滑。并且该焊接方式不会使激光束接触到贵金属头。所述的环形激光光斑焊接能量的控制，可以是控制激光光源功率，也可以控制激光投射时间。
权利要求
1.一种火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于从侧电极贵金属头的上方发射激光束，再通过一个透镜使侧电极贵金属头顶部上方发射的激光束能避开侧电极贵金属头的顶部区域，而形成一个环形激光光斑照射在侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，用环形激光光斑烧熔焊缝，熔合因电阻焊挤出的材料，烧熔区域呈环形，将环形光斑的圆心与铆钉头的圆心对正，对正后光斑对焊接区域照射。
2.如权利要求1所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述的环形激光光斑是通过用凸透镜聚光，将尚未完全聚焦的直射激光光源，通过透镜折射，使方向聚集到一个环产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束，激光束通过一个凸透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在凸透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头上方发射平行往下的部分激光束直接照射到侧电极贵金属头顶部，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过凸透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极电极头侧面与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。
3.如权利要求1所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述的环形激光光斑也可以是通过用一种异形透镜聚光，将尚未完全聚焦的激光入射光源，通过透镜折射，使方向聚集到一个环，产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射激光束， 激光束通过一个异形透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在异形透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头上方发射的部分的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部，使得从侧电极贵金属头上方发射的激光束在通过异形透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。
4.如权利要求1所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述的环形激光光斑可以是通过用平透镜聚光，将已经汇聚的激光束，通过阻挡或反射的方式，使光束中间产生空心，产生环形光束方法是从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束， 激光束通过一个平透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在平透镜的中心部位设有一个圆形的遮光面，遮光面可以遮挡住由从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部；同时采用根部具有铆钉状的电极头，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。
5.如权利要求1所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述的环形激光光斑可以是通过平透镜将已经汇聚的激光束，通过反射的方式，使光束中间产生空心，产生环形光束方法是从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，激光束通过一个平透镜再照射到侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，同时在平透镜的中心部位设有一个圆形的反光面，反光面可以反射由从侧电极贵金属头顶部发射平行往下的激光束，避免直接照射到侧电极贵金属头顶部；同时采用根部具有铆钉状的电极头，使得从侧电极贵金属头上方发射平行往下的激光束在通过平透镜再照射到侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域时成为一种环形激光光斑，通过环形激光光斑照射侧电极贵金属头根部的铆钉头与侧电极板结合部的根部区域，进行激光焊接。
6.如权利要求1至5任意一项所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述激光焊接方式均为环形激光光斑照射焊接，一次形成环形焊融区域；并且焊接不会使激光束接触到贵金属头。
7.如权利要求1至5任意一项所述的火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，其特征在于所述的环形激光光斑焊接能量的控制，是控制激光光源功率或控制激光投射时间。
全文摘要
一种火花塞侧电极贵金属的激光焊接方法，从侧电极贵金属头的上方发射激光束，再通过一个透镜使侧电极贵金属头顶部上方发射的激光束能避开侧电极贵金属头的顶部区域，而形成一个环形激光光斑照射在侧电极贵金属头侧面与侧电极板结合部的根部区域，用环形激光光斑烧熔焊缝，熔合因电阻焊挤出的材料，烧熔区域呈环形，将环形光斑的圆心与铆钉头的圆心对正，对正后光斑对焊接区域照射。本发明通过增加透镜，并在透镜的中心设置遮挡或反射区域防止激光照射到贵金属头顶部，从而改变激光照射的方式，形成环形激光光斑对贵金属头进行焊接，而且采用环形激光光斑，一次形成环形焊接区域，具有焊接方便，熔融部均匀、无缝隙及裂纹，焊面光滑。
文档编号H01T21/02GK102522701SQ20111040248
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者谢菊泉, 陈件明, 陈小双 申请人:株洲湘火炬火花塞有限责任公司