[其他]用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置

说明书

一种用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置，包括：纳秒激光器，所述纳秒激光器以激光脉冲形式发射激光束，耦合至所述纳秒激光器的扫描仪，用于将所述激光束相对于所述第一金属部件的金属表面移动，以及耦合至所述扫描仪的控制器，所述控制器控制所述扫描仪。

技术领域

本实用新型涉及用于将第一金属部件激光焊接至第二金属部件的装置。本实用新型对于焊接不同金属、光亮金属以及对于在消费者电子设备、电子封装、能量存储、装饰设计以及医疗设备具有特殊应用。

背景技术

通过近红外频谱(800nm到2500nm)中的激光焊接来接合光亮金属(诸如，金、铜、铝、铂和银)提出了挑战，因为光亮金属的表面是高反射性的，吸收不良。为了克服表面反射以及发起激光能量耦合至金属表面中，使用具有高功率密度的激光束是必要的。

光束对光亮材料的函数近似于具有来自光束抵抗(hold-off)(反射)和吸收中的非常窄的工作窗口的离散函数。首先，表面反射基本上所有激光。然而，一旦通过足够的激光强度克服了表面反射，则引发表面的熔化。该反射随后几乎立即从其原有超过80％反射率的高反射状态转变为较低值，对于某些金属而言，可能低于50％的反射率。这导致表面上的熔池非常迅速地生长。因此非常难以控制。

当焊接薄且小质量部分时，挑战增加。此种高功率密度通常是不利的，这导致激光束的过穿透，并且导致不可靠的接合。相反，如果用光束密度在或刚刚高于吸收限制的较低功率密度来操作近红外激光器，则作为激光束与金属表面的不一致和随机耦合的结果，这一般导致薄弱焊件或没有焊件。

现在铜与其它光亮金属(诸如，金和银)的激光焊接的较佳方法涉及使用以可见绿波长发射的激光器。最常见的激光器是以532nm发射的频率加倍的 1064nm激光器。这是因为光亮金属在532nn的反射率通常显著低于在近红外波长处。光亮金属与此类激光器的激光接合产生可重复和一致的焊件，但以与频率加倍相关联的效率、复杂性和与频率的成本为代价。在一些应用中，将532 nm处发射的激光器与1064nm处的第二激光器结合以增加效率和生产率是必要的。此类双波长系统要求使用复杂的光束监视和实时分析以便分析和定制焊件的结构的激光焊接工艺的闭环监视。此类诊断设备使用背反射光以及焊池特性的视频分析以便向激光器控制器提供反馈。这些系统是复杂的和昂贵的。

已经采用了使用绿色激光器来执行光亮金属的焊接接合，无需特别解决接合不同金属的应用。不同金属的常规焊接依赖于对界面处金属的稀释以及结果所得热状况的特定控制以将导致接头中的所谓的金属间化合物的不同金属的混合最小化。大的金属间化合物区域易于因作用于接头上的应力断裂，并且该断裂传播通过整个接头直到发生故障。

具有连续波和脉冲激光的激光焊接是已知的，其具有或连续焊件前端，或交叠点焊，其中该焊件形成连续接缝。由焊接工艺导致的材料中的缺陷造成了薄弱，并且在大部分应用中是不可接受的。脉冲焊件通常使用微秒和毫秒脉冲来形成，从而生成再固化以形成焊件的熔化。当焊接不同材料时，焊件界面可包含金属间化合物，该金属间化合物是由被接合的两种材料形成并且通常本质上是易碎和不期望的化合物，并且该焊件因此可沿该金属间化合物层破裂。

对用于在接头界面中不导致问题的情况下接合光亮和不同金属和合金的更简单方案存在需要。该方法应该能够在每个接头上产生一致的和可预测结果。结果所得的焊件应该没有与金属间化合物相关联的可靠性问题。

对避免上述问题的用于激光焊接的装置和方法存在需要。

实用新型内容