激光焊接装置与激光焊接方法与流程

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种激光焊接装置及激光焊接方法。

背景技术

一般地，血液透析仪通常采用超声波等传统的方式进行焊接制造，而传统焊接方式存在大量残余焊接应力而影响焊接质量，同时也存在焊接效率较低的缺陷。

技术实现要素：

本发明解决的一个技术问题是如何同时保证焊接质量和效率。

一种激光焊接装置，用于将两个工件焊接连接，所述激光焊接装置包括：

支架；

滑动件，滑动设置在所述支架上；

焊接机构，安装在所述滑动件上；

驱动机构，设置在所述支架上并与所述滑动件连接，所述驱动机构能够驱动所述滑动件滑动以使所述焊接机构抵压两个工件；及

定位座，设置在所述支架上并用于定位两个工件；

其中，所述焊接机构发出的激光能够同时抵达两个工件的焊接区域，所述焊接区域上将同时形成连接两个工件的焊缝。

在其中一个实施例中，所述焊接机构包括连接单元、固定架、导光部件和光纤；所述固定架具有朝向相反的第一安装面和第二安装面，所述连接单元设置在所述第一安装面上并与所述滑动件固定连接，所述光纤设置在所述第一安装面上，所述导光部件设置在所述第二安装面上，所述光纤发射的激光经所述导光部件后同时聚焦于所述焊接区域。

在其中一个实施例中，所述导光部件的端面上设置有供激光射出的多个圆弧形开口和直线形开口，多个所述圆弧形开口沿周向间隔设置在所述端面的一个圆周上，所述直线形开口沿所述圆周的径向延伸，每个所述直线形开口位于所述圆周的圆心与相邻两个所述圆弧形开口的间隔处之间。

在其中一个实施例中，所述连接单元包括相互平行设置第一连接柱和第二连接柱，所述第一连接柱的数量为一根，所述第二连接柱的数量为多根，所述第一连接柱的横截面尺寸大于所述第二连接柱的横截面尺寸，多根所述第二连接柱环绕所述第一连接柱设置。

在其中一个实施例中，所述焊接机构还包括连接螺栓，所述所述连接单元上设置有螺纹孔，所述滑动件上开设有安装孔，所述连接螺栓穿设在所述安装孔中并与所述螺纹孔螺纹配合。

在其中一个实施例中，所述滑动件包括安装板和固定块，所述焊接机构安装在所述安装板上，所述安装板上开设有通孔，所述固定块安装在所述通孔的内壁面上，所述固定块上设置有与所述支架滑动配合的滑槽。

在其中一个实施例中，所述支架包括导向板和滑轨，所述导向板穿设在所述通孔中，所述滑轨固定在所述导向板上并与所述滑槽滑动配合。

在其中一个实施例中，所述滑动件还包括凸耳，所述凸耳固定在所述安装板上并与所述驱动机构连接。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括气缸，所述气缸的缸筒固定在所述之支架上，所述气缸的活塞杆与所述滑动件连接。

一种激光焊接方法，包括如下步骤：

将待需焊接的两个工件进行定位；

通过焊接机构抵压两个工件，焊接机构发射同时抵达两个工件焊接区域的激光；

激光照射设定时间后停止发射，两个工件位于焊接区域的部分材料同时熔化而形成熔融液；

焊接机构对两个工件继续施加抵压力，熔融液同时冷却后形成连接两个工件的焊缝；及

解除焊接机构的抵压力，取走焊接完毕后的工件。

本发明的一个实施例的一个技术效果是：由于焊接机构发射出的激光能够同时抵达两个工件的焊接区域，焊接区域不同位置处的部分材料同时熔化形成熔融液，确保位于焊接区域不同位置处的所有熔融液均同时冷却固化形成焊缝，最终有效避免焊接区域不同位置处因固化速度差异所形成残余内应力，从而提高焊接质量。再者，激光同时抵达焊接区域上的不同位置，焊接区域不同位置处的焊缝同时形成，这样提高了焊接效率。

附图说明

图1为盖板的结构示意图；

图2为血液透析仪的本体的结构示意图；

图3为盖板焊接在本体上的结构示意图；

图4为一实施例提供的激光焊接装置的装配结构示意图；

图5为图4中焊接机构的局部结构示意图；

图6为图5中导光部件的仰视图；

图7为一实施提供的激光焊接方法的工艺流程框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

同时参阅图1至图4，激光焊接装置10可以将两个工件焊接在一起，例如将盖板20焊接在血液透析仪的本体30上。该本体30大致为桶状结构，本体30的底部设置有一个圆形焊筋31和多个直线焊筋32，多个直线焊筋32均与本体30底部的圆心连接而呈辐射状分布，该圆形焊筋31的圆心与本体30底部的圆心重合，圆形焊筋31固定连接在直线焊筋32上。焊接定位时，盖板20的周边与圆形焊筋31相抵接，在焊接的过程中，圆形焊筋31和被盖板20覆盖的部分直线焊筋32为焊接区域，当激光照射在该焊接区域上时，该焊接区域上的部分材料将熔化而形成熔融液，熔融液冷却后形成连接本体30和盖板20的焊缝，该焊缝刚好位于圆形焊筋31和上述部分直线焊筋32上。

待焊接的两个工件以上述血液透析仪的本体30和盖板20为例进行说明。本发明一实施例提供的激光焊接装置10包括支架100、滑动件200、焊接机构300、驱动机构400和定位座500。滑动件200可以滑动设置在支架100的顶部，定位座500可以固定在支架100的底部，定位座500用于对本体30和盖板20进行定位，焊接机构300安装在滑动件200上，驱动机构400设置在支架100上并与滑动件200连接，驱动机构400能够驱动滑动件200上下往复滑动，从而带动焊接机构300远离或靠近位于定位座500上的盖板20。焊接时，焊接机构300抵压盖板20，使盖板20与本体30相互抵接，接着，焊接机构300发射出的激光同时抵达本体30和盖板20上的焊接区域，激光照射设定时间后，本体30和盖板20两者位于焊接区域上的部分材料同时熔化而形成熔融液，最后，熔融液将同时冷却而形成连接本体30和盖板20的焊缝。焊缝完全成型后，驱动机构400驱动滑动件200带动焊接机构300向上远离定位座500运动，使焊接机构300解除对盖板20和本体30的抵压作用，最后从定位座500中取出焊接在一起的本体30和盖板20。

与在焊接区域上先后形成焊缝相比较，由于焊接机构300发射出的激光能够同时抵达两个工件的焊接区域，焊接区域不同位置处的部分材料同时熔化形成熔融液，确保位于焊接区域不同位置处的所有熔融液均同时冷却固化形成焊缝，能有效避免焊接区域不同位置处因固化速度差异所形成残余内应力，从而提高焊接质量。再者，激光同时抵达焊接区域上的不同位置，焊接区域不同位置处的焊缝同时形成，这样提高了焊接效率。

参阅图4，在一些实施例中，支架100的整体轮廓可以大致呈凵形状，支架100包括底座110、侧框120、导向板130和滑轨140。底座110为板状结构并水平设置，侧框120竖直设置且其数量为两个，两个侧框120分别与底座110的两个端部连接，导向板130的数量为两个且竖直设置，其中一个导向板130与其中一个侧框120连接，另外一个导向板130与另外一个侧框120连接。滑轨140沿固定在导向板130上并沿竖直方向延伸，每个导向板130上可以设置相互平行的两个滑轨140。

定位座500固定在支架100的底座110上，待焊接的盖板20和本体30均位于定位座500中，定位座500刚好位于焊接机构300的正下方。

驱动机构400可以为气缸410，气缸410的数量为两个，每个侧框120上均设置有一个气缸410，气缸410的缸筒411固定在侧框120上，气缸410的活塞杆412与滑动件200连接。当气缸410的活塞杆412伸长时，气缸410顶推滑动件200向上运动；当气缸410的活塞杆412收缩时，气缸410回拉滑动件200向下运动。

滑动件200包括安装板210、固定块220和凸耳230。安装板210大致为长方形板，安装板210靠近其两端的位置处开设有通孔211，故通孔211的数量为两个，支架100的导向板130穿设在该通孔211中，焊接机构300安装在安装板210上，固定块220安装在每个通孔211的内壁面上，每个通孔211中可以安装两个固定块220。固定块220上设置有滑槽，该滑槽与支架100上的滑轨140滑动配合。气缸410的活塞杆412与凸耳230连接,气缸410通过推动凸耳230而带动安装板210和焊接机构300相对支架100上下滑动。

同时参阅图4和图5，在一些实施例中，焊接机构300包括连接单元310、固定架320、导光部件330、光纤340、驱动电源、半导体激光模块和其它控制元件。固定架320可以大致为圆盘形结构，固定架320具有第一安装面321和第二安装面322，第一安装面321和第二安装面322两者的朝向刚好相反，例如第一安装面321为固定架320的上表面，第二安装面322为固定架320的下表面。连接单元310设置在第一安装面321上，连接单元310与滑动件200上的安装板210固定连接，光线设置在第一安装面321上，光线用于传导激光，导光部件330设置在第二安装面322上，导光部件330内设置有供激光通过的光腔。驱动电源、半导体激光模块和其它控制元件均可以与固定架320连接。

当驱动电源给多个半导体激光模块供电时，多个半导体激光模块同时发射出激光，该激光通过若干光纤340传输至导光部件330，若干光纤340传输出来的激光进入导光部件330的光腔中，激光在光腔中经过多次反射后射出导光部件330并进入工件的焊接区域，并且，抵达焊接区域各个位置处的激光的强度是相等的，即从导光部件330所出射的激光的能量分布是均匀的，确保焊接区域不同位置的材料能同时熔化；同时，激光将准确聚焦在焊接区域上而形成光斑，该光斑的形状与最终所形成的焊缝的形状是相同的。导光部件330的光腔的内壁面上涂覆有反射涂层，该反射涂层能确保激光按确定的路径传输而使其准确聚焦在焊接区域上，同时，也能有效避免光腔的内壁面吸收激光而导致能量损耗，进一步提高激光能量的利用率。

连接单元310包括第一连接柱311和第二连接柱312，第一连接柱311的数量也为一根，第二连接柱312的数量可以为多根，第一连接柱311和第二连接柱312之间相互平行设置，两者均为圆柱形结构并可以垂直于固定架320的第一安装面321。在一些实施例中，第一连接柱311的横截面尺寸大于第二连接柱312的横截面尺寸，多根第二连接柱312环绕第一连接柱311设置。例如，第一连接柱311位于第一安装面321上某一圆周的圆心处，第二连接柱312在周向上均匀设置在该圆周上。这样能确保整个焊接机构300安装的稳定性和可靠性，防止焊接机构300因晃动而导致激光无法准确聚焦于焊接区域的现象发生，确保焊接质量。

焊接机构300还可以包括连接螺栓，连接单元310的第一连接柱311和第二连接柱312的顶面上均设置有螺纹孔301，滑动件200的安装板210上设置有安装孔212，该连接螺栓穿设在安装孔212中并与螺纹孔301形成螺纹配合关系，从而使第一连接柱311和第二连接柱312固定在安装板210上。

同时参阅图4至图6，导光部件330的端面331上设置有圆弧形开口332和直线形开口333，圆弧形开口332和直线形开口333均为多个，导光部件330中的光线从圆弧形开口332和直线形开口333中射出而抵达至盖板20和本体30的焊接区域，圆弧形开口332的数量为多个，例如六个等，圆弧形开口332与本体30中的圆形焊筋31对应。直线形开口333的数量为多个，例如六个等，直线形开口333与本体30中的直线焊筋32对应。多个圆弧形开口332沿周向间隔设置在导光部件330端面331的一个圆周331a上，直线形开口333沿该圆周331a的径向延伸，每个直线形开口333位于圆周331a的圆心334与相邻两个圆弧形开口332的间隔处335之间。导光部件330中的一部分激光经圆弧形开口332抵达焊接区域的圆形焊筋31上，另一部分激光经直线形开口333抵达焊接区域的的直线焊筋32上。圆形焊筋31和直线焊筋32的部分材料熔化后，停止激光发射，熔化的熔融液在加压的情况下冷却并固化形成焊缝。事实上，多个圆弧形开口332和直线形开口333所排列的形状与焊缝的形状相同。

同时参阅图4和图7，本发明还提供一种激光焊接方法，该方法主要包括如下步骤：

首先，s610，将待需焊接的两个工件进行定位；其次，s620，通过焊接机构300抵压两个工件，焊接机构300发射出激光，激光同时抵达工件焊接区域的不同位置，以使工件位于焊接区域不同位置处的材料能够同时熔化。再次，s630，激光照射设定时间后停止发射，两个工件位于焊接区域的部分材料同时熔化而形成熔融液。然后，s640，焊接机构300对两个工件继续施加抵压力，位于焊接区域不同位置处的熔融液同时冷却并固化形成连接两个工件的焊缝。最后，s650，解除焊接机构300的抵压力，取走焊接完毕的两个工件。通过该焊接方法可以避免产生焊接后的残余内应力，同时节省焊接时间，在保证焊接质量的基础上提高焊接效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。