[发明专利]一种利用激光冲击波焊接金属的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用激光冲击波焊接金属的装置及方法，属于激光冲击焊接技术领域，能够解决现有冷焊接技术中可焊接材料种类较少、形状单一、可控性差，只能焊接薄形或微型材料的问题。所述装置包括：激光输出单元、冲击焊接头和焊接槽；冲击焊接头设置在激光输出单元的输出光路上；焊接槽设置在冲击焊接头的正下方，其内设置有定位结构，定位结构用于限定两个待焊接工件的位置；焊接槽的外侧壁上连接有喷头，喷头用于向待焊接工件喷射水流，以使水流覆盖待焊接工件上的冲击焊接材料；冲击焊接头用于将脉冲激光束会聚后形成会聚光斑，并利用会聚光斑照射待焊接工件上的冲击焊接材料，以使两个待焊接工件焊接。本发明用于工件冷焊接。

技术领域

本发明涉及一种利用激光冲击波焊接金属的装置及方法，属于激光冲击焊接技术领域。

背景技术

常见的焊接技术可分为热焊接和冷焊接。传统焊接皆为热焊接，存在加热熔融焊接材料过程，会脆弱金属特性。与传统焊接不同，冷焊接不存在加热过程，大致有电磁冲击焊接(Magnetic pulse welding-MPW)、爆炸冲击焊接(Explosive welding-EW)、超声波焊接(Ultrasonic welding-UW)。电磁冲击和爆炸冲击的焊接机理相似，分别是利用强大的洛仑磁力和爆炸冲击力，发生过程为几十微秒，使工件A获得超高速度、极大的动能撞击工件B，两个待焊金属材料的接触表面间会产生界面波和射流的综合作用，表层在很高的压力波作用下可看做瞬间液体，原子在原子距离内相遇，从而在界面上形成冶金结合。超声波焊接通过超声波发生器把低频电流转换成高频电流，再转换为同频的机械振动，焊接头把高频振动动能施加到两个需焊接的物体表面，使两个物体表面相互摩擦产生塑性变形，使焊接物体分子相互扩散再结晶，实现焊接。

以上三种是目前主要的冷焊接技术，然而它们均存在各自的技术缺陷。第一，电磁冲击不能用于无导电性或者导电性很弱的材料的焊接；第二，电磁冲击所需能量大，不得小于几十千焦耳，对于脉冲储能电容器和线圈的要求极高，产业化应用还有待研究；第三，明显的爆炸冲击焊接技术在对于爆炸的方向、力度可控性上较差，焊接应力变形得不到有效地控制；第四，超声波焊接技术属于接触式的一种，只能焊接薄的金属件。

发明内容

本发明提供了一种利用激光冲击波焊接金属的装置及方法，能够解决现有冷焊接技术中可焊接材料种类较少、形状单一、可控性差，只能焊接薄形或微型材料的问题。

一方面，本发明提供了一种利用激光冲击波焊接金属的装置，所述装置包括：激光输出单元、冲击焊接头和焊接槽；所述激光输出单元用于输出脉冲激光束；所述冲击焊接头设置在所述激光输出单元的输出光路上；所述焊接槽设置在所述冲击焊接头的正下方，其内设置有定位结构，所述定位结构用于限定两个待焊接工件的位置；所述焊接槽的外侧壁上连接有喷头，所述喷头用于向所述待焊接工件喷射水流，以使所述水流覆盖所述待焊接工件上的冲击焊接材料；所述冲击焊接头用于将所述脉冲激光束会聚后形成会聚光斑，并利用所述会聚光斑照射所述待焊接工件上的冲击焊接材料，以使两个所述待焊接工件焊接。

可选的，所述装置还包括三维运动台，所述焊接槽设置在所述三维运动台上，所述三维运动台用于带动所述焊接槽在三维空间上运动。

可选的，当两个所述待焊接工件进行上下堆叠焊时，两个所述待焊接工件分别记为基板和覆板；所述覆板上涂覆有所述冲击焊接材料；所述定位结构包括基台、设置在所述基台上的两个固定夹板；两个所述固定夹板用于将所述基板固定在所述基台上；所述定位结构还包括两个定位板，所述覆板位于两个所述定位板之间，两个所述定位板远离所述覆板的一侧均设置有电动伸缩杆；所述电动伸缩杆用于带动两个所述定位板向相互靠近或远离的方向运动；所述定位板用于夹持所述覆板，以使所述覆板平行于所述基板、并与所述基板之间存在预设距离。

可选的，所述定位结构还包括设置在所述定位板和所述电动伸缩杆之间的连杆；所述连杆的一端与所述定位板固定，另一端与所述电动伸缩杆固定；所述电动伸缩杆用于通过所述连杆带动所述定位板移动。