[发明专利]一种激光焊接装置及焊接方法

说明书

本发明公开了一种激光焊接装置及焊接方法，激光焊接装置包括控制系统、位移台、焊接夹具、激光器组件和焊接头；位移台设置于工作面上，并与控制系统电连接，以用于在工作面内平移；焊接夹具设置于位移台上，并与控制系统电连接，以用于夹紧待焊接样品，且位移台能够带动焊接夹具在工作面内平移；激光器组件与控制系统电连接，以用于提供设定范围内波长可调谐的激光；焊接头与激光器组件连接，以用于对激光器组件发出的激光进行聚焦，且经焊接头聚焦后的激光朝向焊接夹具内的待焊接样品。由此，利用该激光焊接装置能够在无吸收剂使用的情况下，通过可调谐波长的激光器组件，为多种透明或白色塑料的激光焊接提供合适吸收率的激光，以提高适用性。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种适用于透明和白色塑料的激光焊接装置及焊接方法。

背景技术

塑料作为一种高分子材料，以其优越的理化特性、低廉的成本、可再生性，已代替某些钢铁、镁、铝等金属制品，被广泛地应用于航空、船舶、医药、汽车、包装、电器、电子和纺织等多种行业。但是，由于注塑、挤压等工艺的限制，很多尺寸、形状或结构复杂的塑料制品不能一次加工成型，需要采用连接技术。相比传统的机械连接、黏合剂黏结和超声波及振动焊接，激光焊接具有诸多优势：非接触，清洁卫生；精密聚焦，可实现精密加工；焊接质量好；效率高；易于控制；无微粒，尤其适用于医学应用等。由于聚合物材料的光吸收特性，透明及白色聚合物为最难焊接的两类材料，且目前多种医疗用品及微器件均采用透明聚合物材料，对透明塑料焊接质量的提升尤为重要。

前期对透明聚合物激光焊接的研究多采用成熟的二氧化碳激光器，但由于材料的在10μm波段的高吸收，二氧化碳激光焊接技术无法实现较厚材料的激光透射式焊接，多用于激光对接焊，使得其应用受到了很大的限制。之后发展为采用近红外半导体激光器或光纤激光器进行激光透射式焊接，但下层焊接件一般需要选择涂炭黑、有色染料、二氧化钛、Clearweld等吸光剂增加激光吸收。但吸光剂的使用不仅增加了操作难度，影响器件色泽，更会污染材料性能，在某些医疗产品上明令禁止。因此，无吸光剂的透明聚合物焊接是目前及未来透明聚合物的发展趋势。半导体激光器作为光源，使用短焦镜头调节焦距，并采用对流冷却的方式，也可以实现无添加吸光剂的透明聚合物的焊接。但使用的激光处于近红外波段，透明聚合物的吸收较低，需要较高的激光功率，且使用了冷却装置使得系统结构较为复杂。

透明或白色聚合物材料种类繁多，由透明和白色聚合物材料的吸收曲线可知，相比于可见光及近红外波段的激光，波长1.6μm的激光处于聚合物的本征吸收区，透明聚合物的吸收明显高于其在可见光及近红外波段。若采用波长1.6μm波段光源进行焊接，可使得更多的激光被透明聚合物材料吸收，进而转化为热量，以实现上下两待焊件的熔化和粘连，将会大大提高光源利用效率并降低技术难度。目前已经推出采用2.0μm波段的半导体激光器和掺铥光纤激光器作为焊接用光源，但对于不同的材料，在此波段范围内的吸收特性差别较大。采用固定波长2.0μm波段激光器，极大地限制了材料的焊接种类。

发明内容

本发明提供一种激光焊接装置及焊接方法，以提高激光焊接装置的适用性。

为了实现上述技术目的，本发明采用下述技术方案：

本发明技术方案的第一方面，提供一种激光焊接装置，包括：

控制系统；

位移台，设置于工作面上，并与所述控制系统电连接，以用于在所述工作面内平移；

焊接夹具，设置于所述位移台上，并与所述控制系统电连接，以用于夹紧待焊接样品，且所述位移台能够带动所述焊接夹具在所述工作面内平移；

激光器组件，与所述控制系统电连接，以用于提供设定范围内波长可调谐的激光；

焊接头，与所述激光器组件连接，以用于对所述激光器组件发出的激光进行聚焦，且经所述焊接头聚焦后的激光朝向所述焊接夹具内的待焊接样品。