焊鐵的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開一種焊鐵。本發(fā)明涉及包括焊接頭（11）的焊鐵（1），該焊接頭適合于依靠在焊鐵（1）中至少部分沿著激光路徑（X）傳播的激光束被加熱，其中焊鐵（1）進(jìn)一步地包括換能器（14），該換能器經(jīng)提供用于吸收激光束（10）并且被耦合到焊接頭（11）用于加熱該焊接頭。
【專利說明】焊鐵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊鐵。
【背景技術(shù)】
[0002]已知，焊接頭能夠依靠載流電阻器加熱，例如繞組線圈或任意形狀的電阻線。能夠有利地實(shí)現(xiàn)載流電阻器和焊接頭之間的熱傳遞，尤其是當(dāng)電阻器與焊接頭直接接觸時(shí)。然而，結(jié)果是，經(jīng)提供用于加熱焊接頭的電阻器受到增加的磨損，尤其是當(dāng)通過其暫時(shí)傳導(dǎo)強(qiáng)電流時(shí)。另一個(gè)消極情況是，載流繞組電阻器的產(chǎn)生是昂貴的，并且繞組電阻器很難安裝在焊鐵中。此外，載流電阻器需要用于將耦合于此的焊接頭加熱至其操作溫度的某一加溫時(shí)間。同樣，由于電流的重復(fù)施加而引起的載流電阻器的材料性質(zhì)經(jīng)過一定時(shí)間改變的事實(shí)可以導(dǎo)致焊接頭的不均勻加熱，由此工作結(jié)果可能惡化。例如，這可以對(duì)焊縫的質(zhì)量具有消極作用。
[0003]為了依靠焊鐵在將加工的工件中實(shí)現(xiàn)集中的高以及快速熱輸入，在實(shí)踐中使用激光焊接過程。激光焊接優(yōu)選地被用于依靠機(jī)器人的自動(dòng)過程。這是由于這樣的事實(shí):激光束必須由機(jī)器人準(zhǔn)確地沿著將加工的工件引導(dǎo)，以便保持通過激光束的熱輸入恒定。本文中的主要本質(zhì)是，在離焊點(diǎn)恒定距離處引導(dǎo)該激光束，以便防止對(duì)工件的損壞。
[0004]考慮到工件加工中的損傷和不充分結(jié)果的增加風(fēng)險(xiǎn)，到目前為止已經(jīng)非常少地使用手提式激光焊鐵。同樣，這尤其是由于這樣的事實(shí):用戶能夠引導(dǎo)手提式焊鐵橫穿將加工的工件的精確度比依靠機(jī)器人能夠獲得的精確度低得多。
[0005]在手提式激光焊鐵的情形中，該激光束從焊鐵射出，并且直接照射在將加工的工件上。如果使用不正確，出射的激光束可能引起對(duì)用戶的嚴(yán)重的損傷和對(duì)將加工的工件的損壞。
[0006]DE4017286A1公開了具有焊接頭的激光裝置，該焊接頭包括在其開口端中插入光導(dǎo)體的閉孔。在位于工作端鄰近的末端，能夠斜削閉孔，并且射出光導(dǎo)體的激光能量進(jìn)入鄰近焊接頭的工作端的孔，并且在該空中激光能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诩訜岷附宇^的工作端的熱能。
[0007]DE19601181A1公開了具有焊接頭的焊接器件，該焊接頭被配置為空心體并且具有經(jīng)由光導(dǎo)體將激光束直接到其上的吸收光內(nèi)表面。依靠被固定到焊接頭的外壁的溫度傳感器來測(cè)量焊接頭的溫度，所測(cè)量信號(hào)適合于經(jīng)由連接線被供給到激光控制單元。
[0008]US5948286A公開了焊接器件，該期間包括激光單元、超聲波單元和焊接頭，在焊接頭內(nèi)部引導(dǎo)光導(dǎo)體。該光導(dǎo)體在焊接頭的封閉端之前近距離結(jié)束，藉此形成尺寸大約2至IOmm的間隙。
[0009]US5904868A公開了具有依靠激光束加熱的焊接頭的激光工具。已經(jīng)在該焊接頭中提供用于容納電器部件的閉孔。依靠由激光束加熱的焊接頭，該電器部件能夠被緊固到襯底并且從襯底釋放。在焊接頭的一端處，提供了激光能量吸收材料，其建立了到該部件的熱橋。
[0010]US5565119A公開了包括多個(gè)激光焊接頭的儀器，這些激光焊接頭的每個(gè)都被配置為空心元件并且由激光束加熱。在這個(gè)儀器中，能夠同時(shí)在幾個(gè)點(diǎn)完成焊接工作。
[0011]EP0150305B1公開了用于聯(lián)結(jié)電路元件的儀器，其包括接收激光束的焊接頭，該激光束的能量被吸收用于加熱焊接頭。為了改進(jìn)激光能量的吸收程度，該焊接頭的內(nèi)表面包括黑體表面。
[0012]EP0367705A2公開了超聲輔助焊接儀器。該激光焊接儀器包括焊接頭，其被配置為空心元件并且提供開口端以及封閉端。陶瓷套管被設(shè)置在焊接頭的內(nèi)部，用于保持光導(dǎo)體。選擇性地，該焊接頭提供了被應(yīng)用到焊接頭的封閉端的吸收性涂層。該光學(xué)涂層特別允許焊接頭的錐形端的快速加熱，該效果可以選擇性地通過粗糙表面另外增強(qiáng)。
[0013]W02009/156505A1公開了用于焊接金屬部件的器件，金屬部件包括在其一個(gè)末端處具有傳遞元件的噴管殼體，所述傳遞元件被配置為接觸壓力器件。該傳遞元件將熱量傳遞至相連的部件。
[0014]在已知激光器件的情形中，快速并均勻地加熱焊接頭并且將其保持在恒溫水平是困難的。另一個(gè)缺點(diǎn)是，在已知焊接器件中，由于用激光束直接照射焊接頭而引起的焊接頭的材料性質(zhì)經(jīng)過一定時(shí)間可能改變，并且材料性質(zhì)的這個(gè)改變可以弓丨起不規(guī)律的操作結(jié)
果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)參考已知現(xiàn)有技術(shù)所述的問題，因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供焊鐵，該焊鐵依靠簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)可在短時(shí)間段內(nèi)操作，并且提供高焊接體積而對(duì)用戶沒有變得危險(xiǎn)。本發(fā)明的目標(biāo)也提供了將焊鐵快速加熱到它的操作溫度的高效且低成本的方法。
[0016]這個(gè)任務(wù)的解決方法是由具有權(quán)利要求1的特征的主題提供的。本發(fā)明的改進(jìn)的進(jìn)一步發(fā)展由子權(quán)利要求的特征給出。
[0017]考慮在開始提到的已知實(shí)踐的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了具有焊接頭的焊鐵，該焊接頭適合于依靠至少部分地沿著焊鐵中的激光路徑傳播的激光束來加熱。與已知的自動(dòng)或人工引導(dǎo)的激光焊鐵相反，根據(jù)本發(fā)明的焊鐵被這樣配置，使得激光束沒有離開焊鐵，即其沒有被直接引導(dǎo)到將加工的工件上。然而，根據(jù)本發(fā)明的焊鐵被這樣配置，使得激光功率用來加熱在焊鐵上提供的焊接頭。因此激光束未離開焊鐵。這意思是，在本發(fā)明的情形中，由激光束生成的激光功率已經(jīng)在焊鐵內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然而所述熱能沒有如現(xiàn)有技術(shù)所做的那樣被用于熔化焊線，而是用于加熱焊鐵的焊接頭。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，激光束至少部分地沿著焊鐵內(nèi)的激光路徑傳播。術(shù)語(yǔ)激光路徑在本文中描述了例如激光二極管的經(jīng)提供用于生成激光束的單元和焦點(diǎn)之間的距離，該焦點(diǎn)標(biāo)記激光束照射在該處的點(diǎn)，無論該點(diǎn)是直接在將加熱的焊接頭上的點(diǎn)還是在換能器上的點(diǎn)，換能器會(huì)在下面更詳細(xì)地描述，并且換能器允許熱量被傳送到焊接頭。根據(jù)在哪里安裝用于生成激光束的單元，當(dāng)在焊鐵內(nèi)提供激光生成單元時(shí)，或者僅僅部分地在焊鐵內(nèi)提供生成單元時(shí)，當(dāng)在連接到焊鐵的焊接站內(nèi)提供激光生成單元時(shí)，因此激光束傳播的激光路徑完全在焊鐵內(nèi)延伸。這也將在下面參考附圖進(jìn)一步解釋。
[0019]依靠用于加熱焊接頭的激光束，焊接頭能夠快速被加熱到其操作溫度。此外，激光束不受可與在開始提到的繞組電阻器或電阻線的情形中發(fā)生的磨損相比擬的磨損的影響。
[0020]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是激光束的能量傳遞需要焊鐵中的很少空間，藉此能夠減少焊鐵的尺寸以及制造成本。同樣，根據(jù)本發(fā)明的焊鐵需要數(shù)量減少的部件并且因此能夠易于組裝。
[0021]另一個(gè)特別重要的情況是，激光束允許根據(jù)本發(fā)明的焊鐵的焊接頭恒量加熱，SP以恒定能量輸入加熱，以便均勻加熱的焊接頭將可用于用戶的工作。因此，能夠以高且穩(wěn)定的質(zhì)量水平生產(chǎn)出由根據(jù)本發(fā)明的焊鐵加工的產(chǎn)品。
[0022]優(yōu)選地，依靠激光束被輸入到焊接頭中的能量是恒定值。因此，焊接頭能夠在焊鐵處于操作中時(shí)被維持在均勻溫度，藉此便于用戶利用焊鐵的工作并且獲得工作結(jié)果的改進(jìn)。當(dāng)激光束的激光功率在預(yù)先確定時(shí)段中保持恒定時(shí)，尤其能夠獲得恒定能量輸入。取決于所期望的焊接頭溫度，然而，激光功率也可以變化地調(diào)節(jié)。因此，焊鐵能夠被用于加工不同的工件和焊接材料。當(dāng)激光功率連續(xù)可變時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)特別的優(yōu)點(diǎn)，以便焊接頭溫度能夠以特別有效的方式適合于不同的框架條件。例如，激光功率可以在焊鐵處和/或在所提供的焊接站處直接調(diào)節(jié)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的特別的實(shí)施例，焊鐵包括換能器，換能器被提供用于吸收激光束并且被耦合到焊接頭用于加熱該焊接頭。在本文中，激光束直接照射到換能器上，以便換能器會(huì)吸收激光束中固有的激光功率。由換能器吸收的激光功率使得換能器被加熱，為了加熱的目的，在換能器中生成的熱能可轉(zhuǎn)移到被耦合到換能器的焊接頭。換能器尤其允許激光功率的點(diǎn)狀吸收，然而激光功率到焊接頭的發(fā)射能夠以熱能的形式跨換能器的至少部分表面均勻地進(jìn)行。因此，能夠均勻且快速地加熱根據(jù)本發(fā)明用于加工工件的焊鐵的焊接頭，以便能夠通過這個(gè)焊接頭獲得工件的加工的高質(zhì)量結(jié)果。
[0024]當(dāng)依靠激光束輸入到換能器的能量是恒定的時(shí)，這也會(huì)是有利的。因此，可能依靠換能器產(chǎn)生到耦合到換能器的焊接頭的恒定的熱傳遞，藉此獲得改進(jìn)的工作結(jié)果。此外，當(dāng)換能器經(jīng)配置用于吸收可變的能量輸出，以便其可用于將不同熱能量傳遞到焊接頭時(shí)，這會(huì)是有用的。
[0025]為了吸收較高的激光功率，優(yōu)選地這樣假設(shè)換能器，即其被完全或部分地?zé)崽幚?。例如，可通過退火或硬化引起換能器的完全的顯微結(jié)構(gòu)的變形。為了使顯微結(jié)構(gòu)的變形僅僅降至換能器的表面的某一深度，可以使用諸如表面硬化之類的擴(kuò)散法。
[0026]如果至少部分地涂覆換能器，那么換能器也能夠吸收特別高的激光功率。為此，能夠依靠涂覆法處理?yè)Q能器，諸如硼化或氮化。應(yīng)用到換能器的表面層能夠防止由于激光束吸收而引起的在換能器的表面上的磨損，例如防止化學(xué)反應(yīng)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，激光源被配置成使得，或者激光束適合于在焊鐵內(nèi)被引導(dǎo)使得，激光束的焦點(diǎn)在將加熱的焊接頭或?qū)⒓訜岬膿Q能器的表面之前、之上或之后。當(dāng)激光束的焦點(diǎn)位于焊接頭或換能器的吸收表面的前方或后方時(shí)，由于焊接頭或換能器吸收較少的每單位面積能量輸出，因此能夠減少焊接頭或換能器的磨損。在這個(gè)實(shí)施例的情形中輸入的能量的放大區(qū)域也分別允許焊接頭和換能器的均勻加熱改進(jìn)。然而，將激光束的焦點(diǎn)直射到焊接頭或換能器的表面上將提供更短的加熱時(shí)間，以便能夠?qū)⒑歌F更加快速地加熱到其操作溫度。同樣，可以想象，生成激光束的激光源被配置用于調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)，以便其相對(duì)于將加熱的焊接頭或換能器的表面位于不同距離，尤其在±3cm的可變距離，以便該焊鐵的加熱時(shí)間可變。
[0028]當(dāng)換能器具有至少部分是黑色的表面，優(yōu)選是激光束的焦點(diǎn)處是黑色時(shí)，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)特別高的吸收率。[0029]當(dāng)換能器與焊接頭直接接觸時(shí)，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)從換能器到焊接頭的有效的熱傳遞。因此，可能會(huì)存在從換能器至焊接頭的特別快速且大的熱傳遞。
[0030]根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，焊接頭可以至少部分地包圍換能器，以便足夠大的面積可用于熱傳遞，并且這也會(huì)允許焊接頭的快速加熱。
[0031]換能器優(yōu)選地被與焊接頭同心設(shè)置。這需要這樣的技術(shù)效果，即能夠?qū)⒑附宇^均勻地加熱至所期望的操作溫度，并且能夠減少能量損耗。
[0032]為了允許焊接頭被快速卸下，根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，當(dāng)換能器被可釋放連接到焊接頭時(shí)，這可以是有利的。例如，將可能這樣配置焊接頭，以便能夠?qū)⑵洳宓綋Q能器上，或者依靠螺旋類型的連接裝置被附連于換能器上。然而，適合于被插在換能器上的焊接頭特別適用于快速交換，依靠螺釘?shù)倪B接允許在換能器和焊接頭之間的特別穩(wěn)定的固定。
[0033]當(dāng)換能器與焊接頭整體地形成時(shí)，也可以是方便的。因此，可能防止焊接頭在操作期間從換能器松開，并且也能夠以這樣的方式改進(jìn)換能器和焊接頭之間的界面處的熱傳導(dǎo)系數(shù)。通過依靠鑄造過程在換能器上形成焊接頭，能夠?qū)崿F(xiàn)換能器和焊接頭的特別有利的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這會(huì)提供從換能器到焊接頭的特別高效的熱傳遞。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，換能器包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的主體。這種主體能夠易于制造并且價(jià)格合理，并且其能夠提供在換能器和被耦合于換能器的焊接頭之間特別有效的熱傳遞。
[0035]這樣設(shè)想本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例，即換能器具有凹面，特別是面向激光束的錐形面。以這種方式能夠優(yōu)化激光功率吸收率?？梢杂蓳Q能器的凹面反射的激光束能夠在離開凹面區(qū)域之前被吸收，以便吸收率增加。根據(jù)易于制造的實(shí)施例，然而換能器也可以具有面向激光束的平整表面。
[0036]可通過在換能器或焊接頭中提供激光束能夠進(jìn)入的閉孔來實(shí)現(xiàn)激光束吸收率的增加以及反射率的減少。因此，尤其可能防止反射束離開該閉孔并且將其保持在該閉孔內(nèi)，在該閉孔其用來加熱換能器或焊接頭。
[0037]為了減少反射激光束的量，當(dāng)激光束能夠大體上以直角被直射到換能器的表面上時(shí)，這可以是有利的。因此，能夠?qū)⑻貏e高的激光能量的量輸入到換能器中。
[0038]這樣假設(shè)另一個(gè)有利的實(shí)施例，即激光束沿著圖案(例如沿著曲折路徑)掃描焊接頭或換能器的表面，以便在不同位置提供能量輸入。這允許對(duì)焊接頭或換能器的特別小心的加熱。
[0039]為了改進(jìn)的特別是對(duì)焊接頭的快速加熱，換能器的形狀可以優(yōu)選地相應(yīng)于焊接頭的按比例縮小的形狀。這可以尤其需要關(guān)于焊接頭和換能器的制造以及組裝的優(yōu)點(diǎn)。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，換能器可以包括吸收?qǐng)A盤，吸收?qǐng)A盤優(yōu)選地為圓筒形，其面向激光束。吸收?qǐng)A盤能夠被用于將換能器可靠地固定在焊鐵中以及焊接頭上。同樣，吸收?qǐng)A盤可以被提供用于吸收由激光束生成的激光功率，而只有很少的損耗，并且用于以熱量的形式將該激光功率分配到換能器的其余部分。
[0041]優(yōu)選地是，換能器包括至少一個(gè)導(dǎo)體部分。導(dǎo)體部分能夠被用于將換能器固定至焊接頭。也可以這樣確定導(dǎo)體部分的形狀，即其允許直至且進(jìn)入焊接頭內(nèi)部的有利的熱傳遞。
[0042]這樣設(shè)想本發(fā)明的進(jìn)一步有利的實(shí)施例，即導(dǎo)體部分以手指形狀配置伸入焊接頭中。導(dǎo)體部分可以優(yōu)選地具有外螺紋，該外螺紋適合于被螺旋到在焊接頭中提供的內(nèi)螺紋中。因此，焊接頭能夠被固定螺旋到換能器上，這些螺紋也提供表面放大，并因此改進(jìn)換能器和焊接頭之間的熱傳遞。
[0043]從本發(fā)明的進(jìn)一步可選實(shí)施例將會(huì)看出，激光束適合于依靠至少被設(shè)置在焊鐵內(nèi)的光導(dǎo)體來傳送，該光導(dǎo)體主要沿著激光路徑延伸。光導(dǎo)體允許激光輻射的可彎曲的傳送。有可能將光導(dǎo)體沿著至少一部分激光路徑傳導(dǎo)。例如，光導(dǎo)體可以相對(duì)于發(fā)生激光束吸收的換能器的表面垂直定向。然而，這不是絕對(duì)必要的。也可以僅僅至少沿著其某些部分定向光導(dǎo)體，以便其沒有垂直于換能器的表面延伸。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例，光導(dǎo)體的出口孔被設(shè)置在距離換能器恒定距離處，即距離吸收表面和/或焊接頭恒定距離處。由焊接頭和換能器吸收的激光功率能夠因此被分別保持恒定。這支持焊接頭的均勻加熱，藉此能夠改進(jìn)工件的加工品質(zhì)。
[0045]為了激光束的優(yōu)化傳輸，光導(dǎo)體可以包括光學(xué)纖維。這些光學(xué)纖維確保將防止沿著光導(dǎo)體的功率損耗。
[0046]為了光導(dǎo)體在焊鐵內(nèi)的固定取向，可以提供保持裝置。該保持裝置用于在焊鐵內(nèi)固定并定向光導(dǎo)體。特別是，保持裝置被固定在靠近光導(dǎo)體的出口孔的位置處，以便所述出口孔能夠被穩(wěn)定地固定在焊鐵內(nèi)，并且主要地在距離焊接頭或換能器的吸收表面不變距離處。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，提供激光源用于生成激光束，該激光源被優(yōu)選地設(shè)置在焊鐵內(nèi)。依靠激光源，能夠生成所需要的激光束，所述激光束傳遞用于快速并有效地加熱焊接頭所必要的激光功率。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，焊鐵包括至少一個(gè)二極管激光器作為激光源。為了實(shí)現(xiàn)分別到焊接頭和換能器中的能量輸入的改進(jìn)，該至少一個(gè)二極管激光器被配置用于在500nm和1500nm的波長(zhǎng)范圍中工作。在這個(gè)波長(zhǎng)范圍中，能夠獲得特別高的吸收率，即到換能器或焊接頭中的高能量輸入。
[0049]為了依靠換能器或焊接頭實(shí)現(xiàn)激光束功率幾乎90%的吸收度，優(yōu)選粗糙的激光束直射其上的換能器或焊接頭的表面。當(dāng)激光束碰撞照射到換能器或焊接頭的粗糙表面上時(shí)，能夠顯著減少反射束的量。甚至少量反射束沒有保留在聚焦的區(qū)域中并且通常不具有會(huì)值得一提的強(qiáng)度，以便將防止在焊鐵的不期望的部分的加熱。
[0050]優(yōu)選地是，激光源被配置用于脈沖操作。所使用的激光源可以是短脈沖激光器或極短脈沖激光器。脈沖激光器尤其提供了非常高的峰值強(qiáng)度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)將看出，換能器或焊接頭的加熱能夠依靠脈沖激光器被有效地控制。然而，連續(xù)波激光器(CW激光器)可替換脈沖激光器被用作激光源。
[0051]這樣設(shè)想本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，即焊鐵包括被配置用于感測(cè)焊接頭和/或換能器的溫度的溫度傳感器。優(yōu)選地是，溫度傳感器被功能上連接到控制單元，該控制單元被配置用于將由溫度傳感器感測(cè)的溫度值檢測(cè)為控制輸入信號(hào)并且基于這些控制輸入信號(hào)產(chǎn)生用于操作激光源的控制變量，以便激光源的激光功率能夠分別與在換能器和焊接頭處由溫度傳感器感測(cè)的溫度有關(guān)地控制。因此，能夠容易地實(shí)現(xiàn)焊接頭和/或換能器的有效溫度控制?？蛇x地，能夠?qū)崿F(xiàn)控制單元對(duì)激光功率的連續(xù)或暫時(shí)控制。
[0052]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，用于生成激光束的激光源可以包括至少一個(gè)激光二極管。優(yōu)選地是，依靠激光二極管能夠?qū)崿F(xiàn)至少10瓦特的功率，然而特別是20瓦特的功率。因此，可能獲得用于加熱焊接頭的特別高的能量輸入。優(yōu)選地是，激光二極管被耦合到光導(dǎo)體，以便由激光二極管生成的激光束能夠容易地由光導(dǎo)體接受，并且被分別直射到換能器和焊接頭上。
[0053]為了改進(jìn)使用，焊接頭和/或換能器主要包括熱傳導(dǎo)材料，特別是金屬材料。優(yōu)選地，焊接頭和/或換能器包括鋁、鐵、鋼、不銹鋼、銀、金、鎳和/或銅，以便保證有效的熱傳遞。如上已經(jīng)結(jié)合換能器所述的，焊接頭也可以被完全熱處理或部分熱處理，特別是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例至少在其表面上分段熱處理。因此可能利用已經(jīng)結(jié)合換能器提到的方法。當(dāng)焊接頭包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的主體時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)焊接頭的特別良好的加熱。換能器優(yōu)選地依靠鑄造過程被配置為用于激光束的體積吸收體(volume absorber ),并且尤其由可成形材料制造，諸如玻璃、陶瓷、凝膠、晶體材料、液體和/或上述金屬。
[0054]本發(fā)明也涉及包括焊接站和根據(jù)上述實(shí)施例之一的焊鐵的焊接系統(tǒng)。優(yōu)選地，焊接站經(jīng)由線被連接到焊鐵。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以這樣設(shè)置光導(dǎo)體，以便其至少部分在所述線中延伸。因此，激光束能夠依靠光導(dǎo)體通過該線傳導(dǎo)。
[0055]作為激光源直接在焊鐵中的設(shè)置的替換，也可以在焊接站中提供激光源。然后，由激光源生成的激光束經(jīng)由在線中設(shè)置的光導(dǎo)體被傳送到焊鐵。
[0056]然而，當(dāng)激光源被置于焊鐵中時(shí)，在焊接站和焊鐵之間提供的線被配置為電纜，以便為激光源提供用于生成激光束的功率。在這個(gè)情形中，不需要在線內(nèi)提供光導(dǎo)體。
[0057]此外，本發(fā)明可以涉及加熱焊鐵的焊接頭的方法。根據(jù)本發(fā)明，依靠在焊鐵中至少部分沿著激光路徑傳播的激光束加熱焊接頭。
[0058]根據(jù)特別的實(shí)施例，激光束被直射到被耦合到焊接頭的換能器上。換能器被用于吸收激光功率，并且在這里制造的熱量被轉(zhuǎn)移到被耦合到換能器的焊接頭。優(yōu)選地，激光束由在焊鐵中或者在連接到焊鐵的焊接站中提供的激光源生成。
[0059]激光束依靠焊鐵內(nèi)的光導(dǎo)體優(yōu)選地至少部分沿著激光路徑傳導(dǎo)。利用光導(dǎo)體，激光束能夠被直射到表面(例如換能器表面)上的特定點(diǎn)上。
[0060]當(dāng)光導(dǎo)體的出口孔和換能器之間的距離保持恒定時(shí)，這也會(huì)是有利的。以這種方式，能夠獲得進(jìn)入換能器的能量輸入保持不變，藉此能夠?qū)崿F(xiàn)焊接頭的均勻加熱。為此，特別是能夠使用保持裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]將參考下列圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0062]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的焊鐵的第一實(shí)施例的截面圖，
[0063]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的實(shí)施例，和
[0064]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的焊接系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的焊鐵I。為了更好地表示根據(jù)本發(fā)明的特征，以橫截面視圖示出焊鐵I。焊鐵I包括把手2。用戶能夠在把手2處握住焊鐵1，以便安全地引導(dǎo)焊鐵I用于加工工件，例如在將加工的工件之間形成焊縫。把手2能夠由對(duì)用戶而言更好緊握的塑料材料制造。特別是，把手2可以包括凹槽區(qū)域3，該區(qū)域3優(yōu)選地在用戶施加手指的位置處。依靠凹槽區(qū)域3，能夠防止用戶的手從把手2滑下。凹槽區(qū)域3也可以使用防滑材料(例如橡膠涂層)來代替或補(bǔ)充。
[0066]焊鐵I也包括頭部部分4。該頭部部分4是被固定到把手2上。例如依靠螺旋類型連接裝置，頭部部分4可以被可釋放固定到把手2上。可替換地，把手2也可以與頭部部分4整體地形成。
[0067]光導(dǎo)體5在頭部部分4內(nèi)延伸。根據(jù)圖1的實(shí)施例，光導(dǎo)體5沿著頭部部分4的相當(dāng)大的部分延伸并且在把手2內(nèi)延伸。能夠依靠保持裝置6在頭部部分4內(nèi)定向光導(dǎo)體
5。保持裝置6優(yōu)選地以穩(wěn)定的方式被固定在頭部部分4中，以便保持光導(dǎo)體5的出口孔7在頭部部分4內(nèi)固定。例如，保持裝置6可以與頭部部分4整體地形成。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，保持裝置也可以被可釋放設(shè)置在頭部部分4內(nèi)，例如通過螺旋類型的連接裝置。保持裝置6已經(jīng)在其中形成保持裝置開口 8，光導(dǎo)體5延伸通過該開口。保持裝置開口 8可以已經(jīng)在其中提供保證光導(dǎo)體5穩(wěn)定固定的夾持單元(clamping unit)9。例如,夾持單元9可以通過壓配合將光導(dǎo)體5保持在保持裝置開口 8內(nèi)，以便出口孔7能夠被固定置于頭部部分4內(nèi)。為了防止光導(dǎo)體5和頭部部分4之間的熱傳遞，夾持單元9和/或保持裝置6可以優(yōu)選地由熱絕緣材料制造。
[0068]光導(dǎo)體5經(jīng)提供用于傳送激光束10。為了傳送激光束10，光導(dǎo)體5可以包括例如光學(xué)纖維。如將在下文中更詳細(xì)解釋的，激光束10用來加熱焊接頭11。焊接頭11被緊固到頭部部分4。焊接頭11包括經(jīng)配置用于加工工件的頭部12。頭部12可以具有不同形狀用于加工工件。根據(jù)圖1，其具有尖錐形狀。
[0069]焊接頭11和/或頭部部分4包括固定裝置13，該裝置被配置為將焊接頭11固定到頭部部分4。例如，固定裝置13可以包括螺旋連接裝置?？商鎿Q地，固定裝置13可以僅僅被配置作為插接連接裝置，其經(jīng)由摩擦力連接裝置或磁力連接裝置將焊接頭11保持在頭部部分4上。
[0070]在焊接頭11內(nèi)提供換能器14。根據(jù)圖1，換能器14在焊接頭11內(nèi)延伸?？商鎿Q地，然而，可以這樣設(shè)想本發(fā)明，即換能器14被至少部分設(shè)置在頭部部分4內(nèi)。
[0071]根據(jù)圖1，換能器14被配置為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，換能器14的形狀大體上相應(yīng)于蘑菇或螺釘?shù)男螤?。相?duì)于光導(dǎo)體5定向換能器14,以便從出口孔7出射的激光束10照射在其上。為了吸收激光束10，換能器包括吸收?qǐng)A盤15。相對(duì)于激光束10正交定向吸收?qǐng)A盤15，激光束10沿著根據(jù)圖1的換能器14的旋轉(zhuǎn)軸16延伸。導(dǎo)體部分17從吸收?qǐng)A盤15延伸。根據(jù)圖1，導(dǎo)體部分17延伸進(jìn)入焊接頭11的內(nèi)部，幾乎直至頭部12。
[0072]在導(dǎo)體部分17的前端形成外螺紋部分18。外螺紋部分18適合于被螺旋到在焊接頭11中形成的內(nèi)螺紋部分中，以便將換能器14固定在焊接頭11中的適當(dāng)位置?？商鎿Q地，例如通過鑄造過程，換能器14可以與焊接頭11整體地形成。
[0073]圖1也示出在光導(dǎo)體5的出口孔7和吸收?qǐng)A盤15的吸收表面21上的焦點(diǎn)20之間提供的距離A。根據(jù)本發(fā)明，這樣配置焊鐵I以便不能改變距離A。因此，在焦點(diǎn)20處引入的并且依靠激光束10傳送的激光能量保持恒定。根據(jù)本發(fā)明，換能器14經(jīng)提供用于吸收激光束10，藉此換能器14被強(qiáng)烈加熱并且加熱耦合于換能器14的焊接頭11。
[0074]為了改進(jìn)激光束10的吸收，吸收?qǐng)A盤15的吸收表面21可以包括黑表面22，至少在焦點(diǎn)20的區(qū)域中包括黑表面。
[0075]根據(jù)圖1，吸收?qǐng)A盤15包括平坦的吸收表面21。然而，這不是必然需要的，但是吸收表面15也可以包括至少部分是凹面的吸收表面21，特別是圓錐形的吸收表面21。因此，有可能吸收激光束10在凹面吸收表面的區(qū)域中的反射23。
[0076]同樣，圖1中所示的頭部部分4可以由不吸收任何反射激光束23的材料制造，以便防止頭部部分4的溫度升高。這也適用于保持裝置6。
[0077]盡管在焊鐵I內(nèi)依靠光導(dǎo)體5至少沿著焊鐵I的某些部分傳送圖1中所示的激光束10，但是也可以無需光導(dǎo)體5而在焊鐵I內(nèi)將激光束10引導(dǎo)到換能器4的吸收表面21上，即無需任何額外的傳送裝置。
[0078]圖2示出了焊接系統(tǒng)24。焊接系統(tǒng)24包括焊接站25以及焊鐵1，焊鐵I經(jīng)由線26功能上連接到焊接站25。焊接站25包括具有顯示器28的外殼27。顯示器28能被用于為用戶顯示操作參數(shù)。焊接站25另外包括控制臺(tái)29，通過該控制臺(tái)能夠設(shè)定用于該焊接系統(tǒng)的特定操作參數(shù)。為了設(shè)定的目的，例如，控制臺(tái)可具有開關(guān)30，例如具有旋轉(zhuǎn)開關(guān)31。
[0079]根據(jù)圖2中所示的實(shí)施例，在焊接站25內(nèi)提供激光源32。激光源32在功能上連接到電源33。激光源32生成用于加熱焊接頭11的激光束10。激光源32包括耦合到線26—端的激光出口孔34。光導(dǎo)體5在線26的內(nèi)部延伸。根據(jù)圖2的實(shí)施例，光導(dǎo)體5從激光出口孔34沿線26延伸，通過把手2直到并進(jìn)入頭部部分4的內(nèi)部。在這里，其依靠保持裝置6放置。激光束10沿著激光源32和換能器14的吸收表面21之間的激光路徑X傳播。如下面將根據(jù)圖3進(jìn)一步所示的，通過不在激光站25中而是直接在焊鐵I中提供激光源32，能夠減少激光路徑X的長(zhǎng)度。
[0080]根據(jù)圖2，在焊接站25內(nèi)生成激光束10，激光束10適合于依靠線26內(nèi)的光導(dǎo)體5被傳送到焊鐵I。由于經(jīng)提供用于生成激光束10的激光源32被設(shè)置在圖2中的焊接站25內(nèi)的事實(shí)，能夠顯著減少根據(jù)本發(fā)明的焊鐵I的總的重量。因此，根據(jù)本發(fā)明的焊鐵I能夠特別容易由用戶的手引導(dǎo)。由于在圖2中沒有提供通過線26用于根據(jù)本發(fā)明的焊鐵的電源，所以也能夠制造重量減少的線26，藉此能夠更進(jìn)一步改進(jìn)焊鐵I的把握。
[0081]作為圖2的替換，圖3示出了本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。根據(jù)圖3的焊接系統(tǒng)24的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似于根據(jù)圖2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)圖3，焊接站25經(jīng)由線26連接到根據(jù)本發(fā)明的焊鐵I。然而，與圖2中所示的實(shí)施例相比，激光源32被直接設(shè)置在圖3中的焊鐵I中。在這里，用來自電源33的電力通過在線26內(nèi)延伸的供電電纜35向激光源32供電。激光源32在激光出口孔34處耦合到光導(dǎo)體5。在這個(gè)激光出口孔34處，激光束10進(jìn)入光導(dǎo)體5，現(xiàn)在該光導(dǎo)體5長(zhǎng)度減少并且其用于將激光束10傳送到出口孔7。在出口孔7處，激光束10從光導(dǎo)體5出射，并且被直射到換能器14上。為了生成激光束，根據(jù)圖3激光源32包括在激光出口孔34的區(qū)域中設(shè)置的激光二極管36。
[0082]根據(jù)圖3所示的實(shí)施例，激光路徑X能夠被顯著減少。在這里，激光束10可以沿著激光路徑X直線經(jīng)過，藉此能夠調(diào)節(jié)在換能器14處的極其高的能量密度以及增加的能量輸入。根據(jù)圖3，在焊鐵I的把手2中提供激光源32。然而，激光源32也可以被設(shè)置在焊鐵I內(nèi)的某一其它點(diǎn)處，例如在頭部部分4中。
[0083]根據(jù)圖3中所示的實(shí)施例，也可以想象，無需利用所示的光導(dǎo)體5，依靠激光出口孔34將激光束10直接直射到換能器14上。在激光源32被設(shè)置在頭部部分4內(nèi)的情形中，這可以尤其有利，藉此更進(jìn)一步減少激光路徑X的長(zhǎng)度。
[0084]根據(jù)本發(fā)明，焊鐵I的焊接頭11能夠依靠在焊鐵I中傳導(dǎo)的激光束10被快速加熱到所期望的操作溫度。特別是，由于依靠換能器14的激光束10的吸收，能夠?qū)崿F(xiàn)到焊接頭11的恒定且均勻的熱傳遞。根據(jù)本發(fā)明的焊鐵I能夠被用于工件的定性加工。
[0085]由激光束生成的激光功率沒有被直接傳遞到將加工的工件或焊接劑而是首先被用于加熱用于熱傳遞的部件(換能器和/或焊接頭)所根據(jù)的本發(fā)明的原理，也能夠被便利地利用用于其他工具。
【權(quán)利要求】
1.一種焊鐵(1)，其包括焊接頭(11)，所述焊接頭適合于依靠至少部分沿著所述焊鐵(I)中的激光路徑(X)傳播的激光束被加熱， 其特征在于，所述焊鐵(I)包括換能器(14)，所述換能器經(jīng)提供用于吸收所述激光束(10)并且被耦合到所述焊接頭(11)用于加熱所述焊接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)與所述焊接頭(11)直接接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)包括熱傳導(dǎo)材料。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)至少部分地由所述焊接頭(11)包圍。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)可釋放地連接到所述焊接頭(11)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)與所述焊接頭(11)整體地形成，所述焊接頭(11)特別是依靠鑄造過程被形成在所述換能器(14 )上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)具有面向所述激光束(10)的凹面。
8.根據(jù)前述的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述激光束(10)適合于依靠至少被設(shè)置在所述焊鐵(I)中的光導(dǎo)體(5 )來傳送，所述光導(dǎo)體(5 )的出口孔(7 )被特別設(shè)置在距離所述換能器(14)和/或距離所述焊接頭(11)恒定距離(A)處。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1到7的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述激光束(10)適合于作為自由射流從在所述焊鐵(I)中提供的激光源(32)傳導(dǎo)到所述換能器(14)上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)依靠鑄造過程被配置為用于所述激光束(10)的體積吸收體。
11.根據(jù)前述的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)是由可成形材料制造的，諸如玻璃、陶瓷、凝膠、晶體材料和/或液體。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述換能器(14)包括圓錐形吸收表面。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的焊鐵，其特征在于，所述激光束適合于被這樣引導(dǎo)，即其焦點(diǎn)落在所述換能器的激光束吸收表面之前、之上或之后。
14.一種焊接系統(tǒng)(24)，其包括焊接站(25)和根據(jù)前述權(quán)利要求的一項(xiàng)所述的焊鐵(I)，其中特別是所述焊接站(25 )經(jīng)由線(26 )被連接到所述焊鐵(I)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，在所述焊接站(25)中或在所述焊鐵(I)中提供所述激光源(32)。
【文檔編號(hào)】B23K26/20GK103658987SQ201310382713
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月29日
【發(fā)明者】T·費(fèi)舍爾, S·霍夫曼 申請(qǐng)人:阿派克斯品牌股份有限公司