激光焊接方法及设备与流程

1.本发明涉及材料焊接技术领域，尤其涉及一种激光焊接方法及设备。


背景技术：

2.随着材料焊接技术的发展，塑料焊接被广泛应用于食品和医药行业中。塑料焊接的基本原理属于热熔焊范畴，即塑料吸收激光注入的部分能量，将其转化成热能而达到焊接的目的。
3.传统的塑料焊接方法是在塑料中添加助焊剂或者在被焊接塑料便面涂抹助焊液等，而这种塑料焊接方法对于食品和医药行业来说会带来安全和健康方面的问题。因此，现有技术通常采用热压焊接工艺来对食品和医药行业的相关产品进行塑料焊接。然而经过热压焊接工艺焊接后的产品会出现不同程度的变形，直接影响了焊接产品的品质。基于上述原因，目前行业内亟需一种能够解决传统塑料焊接方法所焊接的产品出现变形的焊接方法。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供了一种激光焊接方法及设备，旨在解决传统塑料焊接方法所焊接的的产品出现变形的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种激光焊接方法，所述方法包括以下步骤：
7.将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合；
8.对激光焊接头进行调整，以使所述激光焊接头输出的激光光束聚焦于所述第一焊接材料和所述第二焊接材料的压合面；
9.控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。
10.可选地，所述激光焊接头输出所述激光光束的波长介于1.9μm和2.1μm之间。
11.可选地，所述将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合的步骤，包括：
12.对第一焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第一焊接部分；
13.对第二焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第二焊接部分；
14.将所述第一焊接材料和所述第二焊接材料放置在压合治具上，以所述第一焊接部分和所述第二焊接部分为压合面进行压合。
15.可选地，所述将所述第一焊接材料和所述第二焊接材料放置在压合治具上，以所述第一焊接部分和所述第二焊接部分为压合面进行压合的步骤，包括：
16.将所述第一焊接部分与所述第二焊接部分重叠后放置在压合治具的下层面板上，所述第一焊接部分与所述第二焊接部分之间存在重合区域；
17.以所述重合区域为压合面通过气缸提供压力对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行压合。
18.可选地，所述将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合的步骤之前，还包括：
19.将纯水与清洗液原液按预设比例进行配比，得到治具清洗液；
20.使用所述治具清洗液对压合治具进行清洗并烘干。
21.可选地，所述控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接的步骤，包括：
22.读取所述压合治具的定位标识，并根据所述定位标识对激光焊接头的初始位置和初始角度进行调整；
23.控制调整后的激光焊接头对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。
24.可选地，所述控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接的步骤之后，还包括：
25.对焊接后材料进行剪拉力测试，得到所述焊接后材料对应的形变量；
26.将所述焊接后材料对应的形变量与预设形变量进行对比，并基于对比结果判断所述焊接后材料是否合格。
27.可选地，所述将所述焊接后材料对应的形变量与预设形变量进行对比，并基于对比结果判断所述焊接后材料是否合格的步骤，包括：
28.若所述焊接后材料对应的形变量小于或等于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料合格；
29.若所述焊接后材料对应的形变量大于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料不合格，并发出警示信息。
30.可选地，所述激光焊接头的焦距为150mm、功率为100w，所述激光焊接头输出的激光光束为连续光、速度为10mm/s。
31.此外，本发明还提供了一种激光焊接设备，所述激光焊接设备包括：激光焊接头、压合治具和工作台，所述激光焊接头的出光口朝向所述压合治具的焊接区域，所述压合治具放置在所述工作台上。
32.本发明将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合；对激光焊接头进行调整，以使激光焊接头输出的激光光束聚焦于第一焊接材料和第二焊接材料的压合面；控制激光焊接头输出激光光束对第一焊接材料和第二焊接材料进行焊接。由于本发明上述方法先通过压合治具对待焊接材料进行压合，然后采用聚焦于待焊接材料的压合面的激光光束对待焊接材料进行焊接，相比于传统的热压焊接工艺方法，本发明提供的激光焊接方法为非接触焊接，焊接效果好、焊接后的产品拉力大且无明显异色，从而避免了传统热压焊接工艺焊接后的产品易变形的问题，进而提升了焊接材料的品质。
附图说明
33.图1为本发明激光焊接方法第一实施例的流程示意图；
34.图2为本发明激光焊接方法第二实施例的流程示意图；
35.图3为本发明激光焊接方法第三实施例的流程示意图；
36.图4为本发明激光焊接设备的结构示意图。
37.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.本发明实施例提供了一种激光焊接方法，参考图1，图1为本发明激光焊接方法第一实施例的流程示意图。
40.本实施例中，所述激光焊接方法包括以下步骤：
41.步骤s10：将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合。
42.需要说明的是，上述第一焊接材料可以为聚碳酸酯，聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产，其具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，是一种高科技、综合性能极其卓越、节能环保型塑料材料。上述第二焊接材料可以是玻璃纤维，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，但缺点是性脆、耐磨性较差。玻璃纤维是以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的。
43.应理解的是，上述压合治具的上下层为热稳定性高、热膨胀系数小、光学均匀性好的透明玻璃，例如硅酸盐系统玻璃、硼酸盐及硼硅盐系统玻璃、磷酸盐系统玻璃等，本实施例对此不加以限制。
44.在具体实现中，由于聚碳酸酯本身的局限性(即性脆、耐磨性较差)，在一些场合并不能满足实际使用的需要，因而人们可以通过焊接玻璃纤维的方式来对聚碳酸酯进行增强，即将上述第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合，从而得到兼具上述聚碳酸酯和上述玻璃纤维的优点的材料。
45.步骤s20：对激光焊接头进行调整，以使所述激光焊接头输出的激光光束聚焦于所述第一焊接材料和所述第二焊接材料的压合面。
46.需要说明的是，上述激光焊接头的焦距可以为150mm、功率可以为100w。上述激光焊接头输出的激光光束可以为连续光、速度可以为10mm/s。
47.应理解的是，上述第一焊接材料和第二焊接材料的压合面即为上述第一焊接材料和上述第二焊接材料在焊接时的重合面。
48.在具体实现中，可以通过调整上述激光焊接头输出的激光光束的波长来使上述激光光束聚焦于第一焊接材料和第二焊接材料的压合面。具体地，上述激光焊接头输出的激光光束的波长可以介于1.9μm和2.1μm之间，原因是介于1.9μm和2.1μm之间的波长可以较好地兼顾激光能量吸收和能量透射的平衡。
49.步骤s30：控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。
50.在具体实现中，可以通过控制上述激光焊接头输出的激光光束的相关参数，从而使得落在上述第一焊接材料和第二焊接材料上表面的光束直径要远大于聚焦处(即焦点)
的光斑。而激光光束的焦点就在焊缝处，由于焦点有足够的能量密度，因此能够熔化第一焊接材料和第二焊接材料从而完成焊接。
51.本实施例将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合；对激光焊接头进行调整，以使激光焊接头输出的激光光束聚焦于第一焊接材料和第二焊接材料的压合面；控制激光焊接头输出激光光束对第一焊接材料和第二焊接材料进行焊接；其中，上述激光焊接头输出所述激光光束的波长介于1.9μm和2.1μm之间。由于本实施例上述方法先通过压合治具对待焊接材料进行压合，然后采用聚焦于待焊接材料的压合面的激光光束(波长介于1.9μm和2.1μm)对待焊接材料进行焊接，相比于传统的热压焊接工艺方法，本发明提供的激光焊接方法为非接触焊接，焊接效果好、焊接后的产品拉力大且无明显异色，从而避免了传统热压焊接工艺焊接后的产品易变形的问题，进而提升了焊接材料的品质。
52.参考图2，图2为本发明激光焊接方法第二实施例的流程示意图。
53.进一步地，为了提升焊接精度，上述步骤s10，可以包括：
54.步骤s101：对第一焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第一焊接部分。
55.步骤s102：对第二焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第二焊接部分。
56.应理解的是，可以通过选择指定点的方式来对上述第一焊接材料和第二焊接材料需要焊接的区域进行划分。例如，假设第一焊接材料中需要焊接的区域为一个四边形，则可以将该四边形的四个顶点作为指定点，并记录各点对应的坐标，从而以上述四个顶点组成的封闭区域为参照区域进行焊接区域的划分。
57.步骤s103：将所述第一焊接材料和所述第二焊接材料放置在压合治具上，以所述第一焊接部分和所述第二焊接部分为压合面进行压合。
58.在具体实现中，为了避免第一焊接材料和第二焊接材料在焊接过程时，由于焊接处接触不均匀而导致焊接效果参差不齐的问题，可以将上述第一焊接材料和上述第二焊接材料放置在压合治具上，以上述第一焊接部分和上述第二焊接部分为压合面进行压合，从而使得焊接处更为均匀，提升焊接处的受热均匀性。
59.进一步地，为了使得第一焊接部分与第二焊接部分接触面所收到的压力更为均匀，在本实施例中，上述步骤s103，可以包括：
60.步骤s1031：将所述第一焊接部分与所述第二焊接部分重叠后放置在压合治具的下层面板上，所述第一焊接部分与所述第二焊接部分之间存在重合区域。
61.步骤s1032：以所述重合区域为压合面通过气缸提供压力对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行压合。
62.需要说明的是，上述气缸是一种引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。
63.在具体实现中，空气在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能，气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力，并通过该压力对上述第一焊接材料和上述第二焊接材料进行压合。
64.进一步地，为了避免压合治具玻璃上的脏污吸收激光热量而导致的压合治具损伤的情况发生，在本实施例中，上述步骤s10之前，还可以包括：
65.步骤s01：将纯水与清洗液原液按预设比例进行配比，得到治具清洗液。
66.应理解的是，上述纯水即为不含杂质的水，上述清洗液原液由表面活性剂(如全氟
辛酸钠、全氟辛酸钾、全氟辛酸等)、溶剂(如水、甲醇、乙醇等)及助剂(如乙二胺四乙酸等)组成，本实施例对于清洗液原液的组成成分不加以限制。
67.步骤s02：使用所述治具清洗液对压合治具进行清洗并烘干。
68.在具体实现中，可以采用沾有上述治具清洗液的无尘布对上述压合治具进行清洗，清洗完成后，可以通过将上述压合治具放入烘干箱的方式进行烘干。
69.本实施例通过对第一焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第一焊接部分；对第二焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第二焊接部分；将第一焊接部分与第二焊接部分重叠后放置在压合治具的下层面板上，第一焊接部分与第二焊接部分之间存在重合区域；以重合区域为压合面通过气缸提供压力对第一焊接材料和第二焊接材料进行压合；将纯水与清洗液原液按预设比例进行配比，得到治具清洗液；使用治具清洗液对压合治具进行清洗并烘干。由于本实施例在焊接前通过清洗后的压合治具对第一焊接材料和第二焊接材料进行压合，相较于现有的焊接方法，本实施例上述方法能够避免由于焊接处接触不均匀而导致焊接效果参差不齐的问题，从而使得焊接处更为均匀，提升了焊接处的受热均匀性。
70.参考图3，图3为本发明激光焊接方法第三实施例的流程示意图。
71.为了提升激光焊接头焊接路线的准确性，在本实施例中，上述步骤s30，可以包括：
72.步骤s301：读取所述压合治具的定位标识，并根据所述定位标识对激光焊接头的初始位置和初始角度进行调整。
73.需要说明的是，上述定位标识可以为“十”字形状，也可以为“米”字形状，本实施例对此不加以限制。
74.在具体实现中，可以通过读取上述定位标识来确定激光焊接头与压合治具的相对位置，并根据相对位置对激光焊接头的初始位置和初始角度进行调整，从而使得激光焊接头能够更为准确地对准需要焊接的位置，从而提升焊接路线的准确性。
75.步骤s302：控制调整后的激光焊接头对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。
76.在具体实现中，在焊接过程中，可以通过实时控制上述激光焊接头的出光角度和出光方向来对上述第一焊接材料和上述第二焊接材料进行焊接。
77.进一步地，为了避免由于出现设备故障、设置错误等问题但未及时发现而造成的产品批量报废的情况发生，在本实施例中，上述步骤30之后，还可以包括：
78.步骤s31：对焊接后材料进行剪拉力测试，得到所述焊接后材料对应的形变量。
79.可理解的是，上述剪拉力测试是一种将焊接后材料在垂直方向和水平方向上施加力，以测试焊接后材料的剪切强度的一种测试方法，可以根据上述形变量来判定焊接后材料的剪切强度。
80.在具体实现中，如果对每件焊接后材料都进行剪拉力测试，则可能造成产品生产周期大幅增长从而降低生产效率。因此，可以通过对同一批次中的部分焊接后材料进行抽检的方式进行剪拉力测试。
81.步骤s32：将所述焊接后材料对应的形变量与预设形变量进行对比，并基于对比结果判断所述焊接后材料是否合格。
82.应理解的是，即便是同一种材质，由于品质不同，其焊接后对应的形变量也不尽相
同。因此，可以根据不同品质的第一焊接材料和第二焊接材料来灵活设定上述预设形变量。
83.进一步地，为了准确判断焊接后材料是否合格，在本实施例中，上述步骤32，可以包括：
84.步骤s321：若所述焊接后材料对应的形变量小于或等于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料合格。
85.步骤s322：若所述焊接后材料对应的形变量大于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料不合格，并发出警示信息。
86.应理解的是，若上述焊接后材料不合格，此时可以通过发出警示信息(如发送警示邮件、外放警示铃声等)的方式来提醒作业人员立即停止作业，并依次对所有相关设备进行排查，防止出现批量报废的情况发生。
87.本实施例通过读取压合治具的定位标识，并根据定位标识对激光焊接头的初始位置和初始角度进行调整；控制调整后的激光焊接头对第一焊接材料和第二焊接材料进行焊接；对焊接后材料进行剪拉力测试，得到焊接后材料对应的形变量；若焊接后材料对应的形变量小于或等于预设形变量，则判断焊接后材料合格；若焊接后材料对应的形变量大于预设形变量，则判断焊接后材料不合格，并发出警示信息。由于本实施例上述方法在焊接过程中对激光焊接器的角度和方向进行实时控制，并对焊接后材料进行剪拉力测试，相比于传统焊接方法，本发明提供的激光焊接方法在保证了焊接精确度的同时，还避免了由于出现设备故障、设置错误等问题但未及时发现而造成的产品批量报废的情况发生。
88.此外，如图4所示，图4为本发明切割设备的结构示意图。
89.本发明实施例还提出一种激光焊接设备，所述激光焊接设备可以应用于前文所述的激光焊接方法中。所述激光焊接设备包括：激光焊接头、压合治具和工作台。其中，所述激光焊接头的出光口朝向所述压合治具的焊接区域，所述压合治具放置在所述工作台上。
90.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
91.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
92.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种激光焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合；对激光焊接头进行调整，以使所述激光焊接头输出的激光光束聚焦于所述第一焊接材料和所述第二焊接材料的压合面；控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。2.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接头输出所述激光光束的波长介于1.9μm和2.1μm之间。3.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合的步骤，包括：对第一焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第一焊接部分；对第二焊接材料需要焊接的区域进行划分，得到第二焊接部分；将所述第一焊接材料和所述第二焊接材料放置在压合治具上，以所述第一焊接部分和所述第二焊接部分为压合面进行压合。4.如权利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述将所述第一焊接材料和所述第二焊接材料放置在压合治具上，以所述第一焊接部分和所述第二焊接部分为压合面进行压合的步骤，包括：将所述第一焊接部分与所述第二焊接部分重叠后放置在压合治具的下层面板上，所述第一焊接部分与所述第二焊接部分之间存在重合区域；以所述重合区域为压合面通过气缸提供压力对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行压合。5.如权利要求1任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合的步骤之前，还包括：将纯水与清洗液原液按预设比例进行配比，得到治具清洗液；使用所述治具清洗液对压合治具进行清洗并烘干。6.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接的步骤，包括：读取所述压合治具的定位标识，并根据所述定位标识对激光焊接头的初始位置和初始角度进行调整；控制调整后的激光焊接头对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接。7.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述控制所述激光焊接头输出所述激光光束对所述第一焊接材料和所述第二焊接材料进行焊接的步骤之后，还包括：对焊接后材料进行剪拉力测试，得到所述焊接后材料对应的形变量；将所述焊接后材料对应的形变量与预设形变量进行对比，并基于对比结果判断所述焊接后材料是否合格。8.如权利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，所述将所述焊接后材料对应的形变量与预设形变量进行对比，并基于对比结果判断所述焊接后材料是否合格的步骤，包括：若所述焊接后材料对应的形变量小于或等于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料合格；
若所述焊接后材料对应的形变量大于所述预设形变量，则判断所述焊接后材料不合格，并发出警示信息。9.如权利要求1-8中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接头的焦距为150mm、功率为100w，所述激光焊接头输出的激光光束为连续光、速度为10mm/s。10.一种激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括：激光焊接头、压合治具和工作台，所述激光焊接头的出光口朝向所述压合治具的焊接区域，所述压合治具放置在所述工作台上。

技术总结
本发明涉及工业材料切割技术领域，尤其涉及一种激光焊接方法及设备，该方法包括：将第一焊接材料和第二焊接材料放置在压合治具上进行压合；对激光焊接头进行调整，以使激光焊接头输出的激光光束聚焦于第一焊接材料和第二焊接材料的压合面；控制激光焊接头输出激光光束对第一焊接材料和第二焊接材料进行焊接。由于本发明上述方法先通过压合治具对待焊接材料进行压合，然后采用聚焦于待焊接材料的压合面的激光光束对待焊接材料进行焊接，相比于传统的热压焊接工艺方法，本发明提供的激光焊接方法为非接触焊接，焊接效果好、焊接后的产品拉力大且无明显异色，从而避免了传统热压焊接工艺焊接后的产品易变形的问题，进而提升了焊接材料的品质。焊接材料的品质。焊接材料的品质。


技术研发人员：李慧 韩德 徐宁 袁铁青 张念 李岩 盛辉 杨勇 张凯
受保护的技术使用者：深圳泰德激光技术股份有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/14