專利名稱：一種二氧化碳激光焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光焊接裝置，尤其涉及一種二氧化碳激光焊接裝置。
背景技術(shù)：
玻璃作為一種透明材料，廣泛應(yīng)用于各種計算機、消費性電子產(chǎn)品中，如各種顯示屏中的玻璃面板。玻璃的加工過程中，經(jīng)常遇到需要將兩片玻璃焊接到一起的情形。
傳統(tǒng)的焊接方法包括熔焊、釬焊等，熔焊會有較明顯的焊縫，而釬焊會導(dǎo)入雜質(zhì)。二十世紀七十年代開始應(yīng)用激光進行焊接，但主要應(yīng)用于焊接薄壁材料。
隨著高功率二氧化碳激光器的出現(xiàn)，激光深熔焊接得以在產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用。利用激光進行深熔焊接時，高功率密度的激光使工件表面處材料蒸發(fā)形成小孔，此小孔猶如一個黑體，幾乎全部吸收入射的激光能量，小孔內(nèi)溫度迅速升高，熔化小孔周圍金屬。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周為固體材料。小孔外材料在連續(xù)流動，隨光束移動，熔融的金屬填充小孔移動留下的空隙并隨之冷凝，形成焊縫。
上述冷凝過程中，若熱量散發(fā)不均勻快速，則會導(dǎo)致焊縫處局部過熱，最終造成焊接不良，從外觀看焊縫不平滑，焊縫處結(jié)合力不足。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種焊縫平滑，焊縫處結(jié)合力強的二氧化碳激光焊接裝置。
一種二氧化碳激光焊接裝置，其包括一二氧化碳激光器、一控制器、一透鏡系統(tǒng)及一載臺，所述二氧化碳激光器用于產(chǎn)生激光，所述控制器用于控制所述激光器的運行，所述透鏡系統(tǒng)用于將所述二氧化碳激光器產(chǎn)生的激光聚集到待焊接工件焊縫處，所述載臺上設(shè)置有一冷卻裝置，焊接時，待焊接工件置于所述冷卻裝置上。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述的二氧化碳焊接裝置中，待焊接工件置于一冷卻裝置中，焊縫處的熱量可快速經(jīng)由所述冷卻裝置散發(fā)出去，無局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生，待焊接工件焊縫處平滑，結(jié)合力強。

圖1是本發(fā)明實施例的二氧化碳焊接裝置示意圖。
圖2是二氧化碳焊接裝置中的激光器示意圖。
圖3是圖1的二氧化碳焊接裝置中的冷卻裝置示意圖。
圖4是冷卻裝置中致冷單元示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合圖示說明一種二氧化碳激光焊接裝置。
請參閱圖1，本發(fā)明實施例的二氧化碳激光焊接裝置包括一二氧化碳激光器10、一控制器11、一透鏡系統(tǒng)12及一載臺13。圖中箭頭表示能量或信號的傳遞方向。
二氧化碳激光器10用于產(chǎn)生焊接所需的高能量激光束，請參閱圖2，本發(fā)明實施例的二氧化碳激光焊接裝置使用的二氧化碳激光器10包括一放電管20、分別設(shè)置于放電管20兩端的陰極212及陽極214、設(shè)置于放電管20表面的水冷套22及設(shè)置于水冷套22外的貯氣套管23。放電管20、水冷套22及貯氣套管23形成一三層結(jié)構(gòu)。放電管20在靠近陰極212的一端與貯氣套管23相連通，在另一端通過螺旋狀回氣管24與貯氣套管23相連通。水冷套22作為冷卻系統(tǒng)，二氧化碳激光器10工作時，其中通冷卻水，用以確保放電管20內(nèi)溫度，增加二氧化碳激光器10輸出功率穩(wěn)定性。當然，還可用其它冷卻系統(tǒng)取代水冷套22，例如風(fēng)冷，對于極端情況，如放電管中溫度過高，甚至可以使用液氮等進行冷卻。優(yōu)選的，冷卻系統(tǒng)與一溫度控制器協(xié)同工作，所述溫度控制器用于控制冷卻系統(tǒng)。貯氣套管23兩端設(shè)有反射鏡25，從而形成一諧振腔。陰極212用鉬片或鎳片做成圓筒狀。
控制器11用于控制二氧化碳激光器10的運行，例如控制二氧化碳激光器10的激活、關(guān)閉及運行參數(shù)。二氧化碳激光器10運行時影響焊接品質(zhì)的參數(shù)包括脈沖能量、脈沖寬度及脈沖頻率。根據(jù)實驗，優(yōu)選的，焊接玻璃時，二氧化碳激光器10的脈沖能量為20-100微焦，脈沖寬度為20-200微秒，重復(fù)頻率為1000-10,000赫茲。
透鏡系統(tǒng)12用于將二氧化碳激光器10產(chǎn)生的激光聚集成一均勻，大小適宜的光斑。使用激光進行焊接時，為避免局部過熱造成焊接瑕疵，要求激光光斑具有高度均勻性，大小與實際焊縫相符，為達到此要求，優(yōu)選的，透鏡系統(tǒng)12采用透鏡組。
載臺13上設(shè)置有一冷卻裝置14，冷卻裝置14可為熱電致冷器(ThermalElectric Cooler)，請參閱圖3及圖4，本實施例中采用的熱電致冷器包括夾于第一基板31與第二基板32間的多個熱電致冷單元30。第一基板31與第二基板32均為導(dǎo)熱絕緣材料，優(yōu)選的，其可為陶瓷。熱電致冷單元30包括焊接于第一銅電極331上的一P型半導(dǎo)體301及一焊接于第二銅電極332上的一N型半導(dǎo)體302，一導(dǎo)熱元件34將P型半導(dǎo)體301及N型半導(dǎo)體302上與電極相對的一側(cè)連接起來。P型半導(dǎo)體301及N型半導(dǎo)體302的材料可為鉍碲合金。若以從N型半導(dǎo)體302到P型半導(dǎo)體301的方向向熱電致冷單元30中通以電流，則熱電致冷單元將從導(dǎo)組件34處吸熱。熱電致冷器中，將多個熱電致冷單元中與P型半導(dǎo)體相連的銅電極331及與N型半導(dǎo)體相連的銅電極332分別焊接到一起，形成一體結(jié)構(gòu)?；谏鲜鲋吕湓恚虼吮緦嵤├?，第一基板31為吸熱側(cè)。
焊接時待焊接基材17置于冷卻裝置14上，從而焊接時待焊接工件17焊縫處的熱量可迅速散去，無局部過熱的情形發(fā)生，最終所得的焊縫處平滑，結(jié)合力強。
載臺13可水平設(shè)置，優(yōu)選的，若以其所在平面為XY面，以與XY面垂直的任一軸為Z軸，則于空間坐標系XYZ內(nèi)，載臺13可沿X、Y、Z方向平移，具體的，可分別安裝X軸電動機，Y軸電動機及Z軸電動機，實現(xiàn)三個方向的平移。載臺13可于空間內(nèi)平移，則可調(diào)節(jié)待焊接工件17表面相對于透鏡系統(tǒng)12焦平面的偏離量，亦即離焦量。
所謂離焦，是指透鏡系統(tǒng)12的焦平面與工件表面不處于同一平面內(nèi)，焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。離焦量是指工件表面偏離焦產(chǎn)面的程度。按幾何光學(xué)原理論，當正負離焦量相等時所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際進行焊接時，所獲得的熔池形狀不同。負離焦時可獲得更大的熔深。這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，對工件激光加熱50-200微秒時材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化，形成高壓蒸汽，并以極高的速度噴射。與此同時，高濃度蒸汽使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內(nèi)部功率密度較表面高，易形成更強的熔化及汽化，使光能向材料更深處傳遞。實際應(yīng)用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。
前已述及，焊接時會形成熔池，焊接時，熔池的狀態(tài)決定最終的焊接品質(zhì)，因此對熔池的狀態(tài)進行監(jiān)測并實時改變激光器的發(fā)射參數(shù)對提高焊接品質(zhì)實為必要。
優(yōu)選的，二氧化碳激光焊接裝置1還包括一檢測器15及一信號處理器16。檢測器15用于檢測熔池狀態(tài)，信號處理器16將檢測器15檢測到的信號進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果向控制器11發(fā)送是否改變二氧化碳激光器10發(fā)射參數(shù)的指令。焊接時熔池中可用于檢測的信號包括可聽聲信號、超聲波信號、紫外光輻射、可見光、紅外輻射、電信號與機器視覺。根據(jù)檢測到的信號，信號處理器16計算出熔池所處的狀態(tài)，必要時向控制器11發(fā)送指令，改變二氧化碳激光器10的發(fā)射參數(shù)如脈沖能量、脈沖寬度及脈沖頻率。
使用上述二氧化碳焊接裝置的焊接方法如下請參閱圖1，將兩待焊接工件17置于冷卻裝置14上，冷卻裝置14固定于載臺13上；根據(jù)待焊接工件17的物性計算出二氧化碳激光器10適宜的參數(shù)，調(diào)節(jié)透鏡系統(tǒng)12與載臺13的位置，使二氧化碳激光器10發(fā)射的激光束可對準兩待焊接工件17的待焊接處，開動二氧化碳激光器10，以一定速度沿水平方向移動載臺13，以使二氧化碳激光器10發(fā)射出的激光束熔化待焊處的材料，完成焊接，激光束離開焊縫后，藉由冷卻裝置14的幫助，焊縫處的熱量快速，均勻散發(fā)出來，焊縫處無局部過熱的現(xiàn)象，最終所得的焊縫具有很高的光滑度，內(nèi)部應(yīng)力小，結(jié)合強度高。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳激光焊接裝置，其包括一二氧化碳激光器、一控制器、一透鏡系統(tǒng)及一載臺，所述二氧化碳激光器用于產(chǎn)生激光，所述控制器用于控制所述激光器的運行，所述透鏡系統(tǒng)用于將所述二氧化碳激光器產(chǎn)生的激光聚集到待焊接工件焊縫處，所述載臺上設(shè)置有一冷卻裝置，焊接時，待焊接工件置于所述冷卻裝置上。
2.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述冷卻裝置為熱電致冷器，所述熱電致冷器包括一吸熱側(cè)，焊接時待焊接工件置于所述吸熱側(cè)上。
3.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述熱電致冷器包括多個熱電致冷單元，所述熱電致冷單元中包括一P型半導(dǎo)體及一N型半導(dǎo)體，所述P型半導(dǎo)體與所述N型半導(dǎo)體的材料可為鉍碲合金。
4.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述激光焊接裝置進一步包括一檢測器，用于焊接時焊縫處各制程參數(shù)；及一信號處理器，用于將對所述檢測器檢測到的信號進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果向所述控制器發(fā)送是否改變二氧化碳激光器發(fā)射參數(shù)的指令。
5.如權(quán)利要求4項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述檢測器檢測的信號包括可聽聲信號、超聲波信號、紫外光輻射、可見光、紅外輻射、電信號與機器視覺。
6.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述載臺可于空間內(nèi)平移，藉此可使激光對準待焊接工件不同位置，還可改變所述激光器發(fā)射出的激光束相對于待焊接工件表面的離焦量。
7.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述二氧化碳激光器的脈沖能量為20-100微焦，脈沖寬度20-200微秒，重復(fù)頻率1000-10,000赫茲。
8.如權(quán)利要求1項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述二氧化碳激光器中包括一水冷系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8項所述的二氧化碳激光焊接裝置，其特征在于所述二氧化碳激光器中包括一溫度控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化碳激光焊接裝置，其包括一二氧化碳激光器、一控制器、一透鏡系統(tǒng)及一載臺，所述二氧化碳激光器用于產(chǎn)生激光，所述控制器用于控制所述激光器的運行，所述透鏡系統(tǒng)用于將所述二氧化碳激光器產(chǎn)生的激光聚集到待焊接工件焊縫處，所述載臺上設(shè)置有一冷卻裝置，焊接時，待焊接工件置于所述冷卻裝置上。利用上述焊接裝置進行焊接所得工件焊縫處平滑，結(jié)合力強。
文檔編號B23K26/04GK1962155SQ20051010118
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司