CN106181032A - 一种激光焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光焊接系统及方法，属于激光焊接技术领域。该激光焊接系统包括样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置。第一光闸设置在第一激光发生装置与工件之间的光传播路径中。第一激光发生装置发出的第一激光光束入射到第一光闸，通过第一光闸的第一激光光束经过光调节装置聚焦到工件的预设位置处。第二激光发生装置发出的第二激光光束也经过光调节装置聚焦在预设位置处。本发明实施例提供的激光焊接系统及方法不仅实现了对铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接，还实现了对工件的焊前预热或焊后缓冷，有效地降低了焊接应力。

Description

一种激光焊接系统及方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言，涉及一种激光焊接系统及方法。

背景技术

铜及其合金具有优良的导电性、导热性、抗蚀性，被广泛应用于电力、电工、电子电器行业，主要用于制作发电机、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、太阳能平板集热器等导热器材。制造过程中多涉及其构件的焊接。

用于铜焊接的传统方法主要有气焊、手工电弧焊、氩弧焊等，气焊、手工电弧焊、氩弧焊时都需要填丝焊接或者助焊剂，而且为防止裂纹产生还需焊前预热，工艺复杂；工件较厚时一般需要开坡口，焊缝成形性差，这些焊接方法效率较低。

激光焊接作为一种先进的焊接技术，相对于传统的焊接方法，光束聚焦后能量密度高度集中，具有热影响区小、加热和冷却速度快等诸多优点。但是，由于铜良好的导热性，使得输入到其表面的激光能量很快散失掉。同时，铜对传统红外和近红外激光具有很高的反射率。这些因素增加了激光焊接紫铜的难度，使得焊接过程需要极高的峰值能量以克服铜的不良吸收性能所带来的初始阻力。然而，一旦一部分红外激光能量耦合到铜上并引起温度升高，特别是当温度达到铜的熔点时，铜对红外激光的吸收会显著提高。而此时，激光能量已经远远超过焊接的需要，将会导致材料飞溅或者引起不必要的蒸发，在工件上留下较大的孔或洞，影响焊接质量。

现有的铜的激光焊接方式通常为通过简单调整激光功率、扫描速度、离焦量等工艺参数，改善焊缝成形质量与接头性能。然而，由于铜对红外和近红外激光吸收率极低，使得实现深熔焊接与获得较好的焊缝成形异常困难，焊接效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光焊接系统及方法，不仅能够有效地实现铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接，还能够实现焊前预热及焊后缓冷以降低焊接应力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种激光焊接系统，包括样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置，所述样品台用于放置工件，所述第一光闸设置在所述第一激光发生装置与所述工件之间的光传播路径中。所述第一激光发生装置发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸，通过所述第一光闸的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到所述工件的预设位置处，所述第二激光发生装置发出的第二预设波长的第二激光光束也经过所述光调节装置聚焦在所述预设位置处。

在本发明较佳的实施例中，上述所述第一激光发生装置包括激光光源模块、分光镜及第一准直透镜，所述第二激光发生装置包括激光倍频器及第二准直透镜，所述第一光闸设置在所述第一准直透镜及所述光调节装置之间。所述激光光源模块发出的初始激光光束入射到所述分光镜，经所述分光镜分为具有预设能量比例的两路激光束。其中一路作为第一激光光束入射到所述第一准直透镜，由所述第一准直透镜准直后入射到所述第一光闸。另一路入射到所述激光倍频器，经所述激光倍频器的倍频处理后生成第二激光光束，所述第二激光光束由所述第二准直透镜准直后入射到所述光调节装置。

在本发明较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第二光闸，所述第二光闸设置在所述激光倍频器内，所述第二光闸用于控制所述第二激光光束的输出间隔。

在本发明较佳的实施例中，上述光调节装置包括反射镜、双色镜及会聚透镜，所述反射镜用于反射所述第二激光光束，所述双色镜用于透过所述第一激光光束且反射所述第二激光光束。由所述第一准直透镜出射的所述第一激光光束透过所述双色镜、经所述会聚透镜聚焦到所述工件的预设位置处。由所述第二准直透镜出射的所述第二激光光束由所述反射镜反射至所述双色镜，经所述双色镜反射后入射到所述会聚透镜，经所述会聚透镜聚焦到所述预设位置处。

在本发明较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第一电动模组和第二电动模组，所述第一电动模组与所述第一准直透镜连接，所述第二电动模组与所述第二准直透镜连接，所述第一电动模组用于控制所述第一准直透镜沿着所述第一准直透镜的光轴方向运动，所述第二电动模组用于控制所述第二准直透镜沿着所述第二准直透镜的光轴方向运动。

在本发明较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括第三电动模组，所述第三电动模组与所述会聚透镜连接，所述第三电动模组用于控制所述会聚透镜沿着所述会聚透镜的光轴方向运动。

在本发明较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括控制装置，所述激光光源模块、所述第一光闸、所述第一电动模组、所述第二电动模组及所述第三电动模组均与所述控制装置耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述激光焊接系统还包括人机交互面板，所述人机交互面板与所述控制装置耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述会聚透镜为离轴抛物镜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种激光焊接方法，应用于上述激光焊接系统，所述方法包括：将第一激光发生装置发出的第一激光光束及第二激光发生装置发出的第二激光光束的焦点均调节至工件的预设位置处；通过控制第一光闸的开闭控制所述第一激光光束的输出间隔，以使所述第一激光光束和所述第二激光光束按照预设规则聚焦到所述预设位置处对所述工件进行焊接。

本发明实施例提供的激光焊接系统及方法通过第一激光发生装置发出的具有第一预设波长的第一激光光束和具有第二预设波长的第二激光光束共同聚焦到工件的预设位置处，可以实现铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接。此外，通过控制第一光闸的开闭控制第一激光光束的输出间隔，当第一激光光束通过第一光闸时，第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的预设位置处，对工件进行焊接。当第一激光光束被第一光闸阻挡时，仅第二激光光束聚焦于工件的预设位置处，实现对工件的焊前预热或焊后缓冷，有效地降低了焊接应力，避免了激光焊接过程中铜及其合金等具有高导热系数的材料由于温度梯度过大而造成的焊接裂纹问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种激光焊接系统的立体结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种激光焊接系统的俯视图；

图3示出了本发明实施例提供的安装有夹具的激光焊接系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种激光焊接系统的夹具的结构示意图；

图5示出了采用单一红外脉冲激光对铜片进行激光焊接的效果图；

图6示出了采用本发明实施例提供的激光焊接系统对铜片进行激光焊接的效果图；

图7示出了本发明实施例提供的一种激光焊接方法的流程图。

其中，附图标记分别为：

激光焊接系统100；第一激光发生装置110；激光光源模块111；分光镜112；第一准直透镜113；第二激光发生装置120；激光倍频器121；第二准直透镜122；第一光闸130；反射镜141；双色镜142；红外激光-绿激光全反射镜143；会聚透镜144；第一电动模组151；第二电动模组152；第三电动模组153；第一平台161；第二平台162；样品台170；工程控制器181；工程PC机182；激光电源183；运动控制板卡184；触摸显示屏185；夹具200；底板210；凹槽211；第一压紧片221；第二压紧片222。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

采用现有的单波长激光焊接设备对铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料进行焊接时，由于材料对传统红外和近红外激光具有很高的反射率，即对红外和近红外激光的吸收率较低，且材料的高导热系数，使得输入到其表面的激光能量很快散失掉，从而增加了激光焊接的难度。鉴于此，本发明实施例提供了一种激光焊接系统，用于对铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料进行焊接。

图1示出了本发明实施例提供的激光焊接系统的立体图，图2示出了本发明实施例提供的激光焊接系统的俯视图。如图1所示，本发明实施例提供的激光焊接系统100包括：第一激光发生装置110、第二激光发生装置120、第一光闸130、光调节装置及样品台170。样品台170用于放置工件，其中，工件可以为铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料。

第一激光发生装置110发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸130，通过所述第一光闸130的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到工件的预设位置处，所述第二激光发生装置120发出的第二预设波长的第二激光光束也经过光调节装置聚焦在上述预设位置处。

其中，第一激光光束为近红外或红外激光光束，例如，可以为10.6μm的中红外激光光束，也可以为1.064μm的近红外激光光束。优选的，所述第一预设波长可以位于1.02μm-1.07μm波段内。第二激光光束为绿激光，例如，第二预设波长可以为532nm。工件以铜及其合金为例，由于相对于红外激光，铜及其合金对绿激光的吸收系数较高，可以达到红外激光的4.5至20倍。因此，当第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的焊接位置时，由于材料对激光的吸收率与材料的温度成正比，工件吸收第二激光光束使得熔池温度瞬时升高以对工件的焊接位置进行预热，从而大幅度提高工件对第一激光光束的吸收率，实现对工件的焊接。

本实施例中，如图1和图2所示，第一激光发生装置110包括激光光源模块111、分光镜112及第一准直透镜113。第二激光发生装置120包括激光倍频器121及第二准直透镜122。激光光源模块111发出的初始激光光束入射到分光镜112，经所述分光镜112分为具有预设能量比例的两路激光束，其中一路作为第一激光光束入射到所述第一准直透镜113。由第一准直透镜113准直后经光调节装置聚焦到工件的预设位置处。另一路入射到激光倍频器121，经激光倍频器121的倍频处理后生成第二激光光束。第二激光光束由第二准直透镜122准直后经光调节装置聚焦到预设位置处。

具体的，激光光源模块111可以为CO₂激光器、Nd:YAG激光器或光纤激光器等。激光光源模块111发出的初始激光光束的波长为第一预设波长。

具体的，如图1所示，光调节装置包括反射镜141、双色镜142及会聚透镜144。反射镜141用于反射第二激光光束。双色镜142用于透过第一激光光束且反射第二激光光束。此时，由第一准直透镜113出射的第一激光光束透过双色镜142、经会聚透镜144聚焦到工件的预设位置处。由第二准直透镜122出射的第二激光光束由反射镜141反射至双色镜142，经双色镜142反射后入射到会聚透镜144，经会聚透镜144聚焦到所述预设位置处。

第一光闸130设置在第一激光发生装置110与工件之间的光传播路径中，具体的，可以设置在第一准直透镜113及光调节装置之间，也就是第一准直透镜113和双色镜142之间，如图2所示。或者，第一光闸130也可以设置在分光镜112及第一准直透镜113之间。第一光闸130用于控制第一激光光束的输出时序，即可以通过控制第一光闸130的打开和闭合控制第一激光光束的输出间隔。当第一光闸130打开时，第一激光光束可以通过第一光闸130。第一光闸130闭合时，第一激光光束被第一光闸130阻挡，无法通过。当第一激光光束通过第一光闸130时，第一激光光束和第二激光光束共同聚焦于工件的预设位置处，对工件进行焊接。当第一激光光束被第一光闸130阻挡时，仅第二激光光束聚焦于工件的预设位置处，实现对工件的焊前预热或焊后缓冷，有效地降低了焊接应力，避免了激光焊接过程中铜及其合金等具有高导热系数的材料由于温度梯度过大而造成的焊接裂纹问题。

例如，采用本激光焊接系统100对工件进行焊接时，开始焊接后的预设时间范围内，可以控制第一光闸130闭合阻挡第一激光光束，仅第二激光光束聚焦于工件的预设位置处，先对工件的焊接位置进行预热。例如，本实施例的一种实施方式中，预热温度可以达到400-800℃，预设时间范围可以为毫秒级。完成预热后，再控制第一光闸130开启以通过第一激光光束，第一激光光束也聚焦于工件的预设位置处实现工件的焊接。完成焊接后，可以再控制第一光闸130闭合阻挡第一激光光束，使得工件上形成的焊缝在第二激光光束的持续作用下缓慢冷却至第二激光光束的可维持温度后，再关闭第二激光发生装置120。

需要说明的是，为了进一步实现第二激光光束的输出时序控制，激光焊接系统100还包括第二光闸。本实施例中，第二光闸可以设置在上述激光倍频器121内，用于控制第二激光光束的输出间隔。当然，第二光闸也可以设置在激光倍频器121与第二准直透镜122之间的第二激光光束传播路径上，或者是，第二准直透镜122与反射镜141之间的第二激光光束传播路径上，又或者是，反射镜141与双色镜142之间的第二激光光束传播路径上。

于本实施例中，第一光闸130和第二光闸均为激光光闸，优选为电动机械光闸。例如，当接收到高电平时，第一光闸130和第二光闸开启，当接收到低电平时，第一光闸130和第二光闸关闭。因此，通过分别控制发送到第一光闸130和第二光闸的电平信号的时序，可以控制第一光闸130和第二光闸的同步开启或异步开启，以控制第一激光光束和第二激光光束的同步输出或异步输出，有利于实现本激光焊接系统100的自动化控制。

本实施例中，样品台170可以采用手动平移台，也可以采用电动平移台。优选采用三维电动平移台，以便于实现本激光焊接系统100的自动化控制。需要说明的是，为了固定工件的位置以便于焊接，样品台170上还设置有夹具200，如图3所示。如图4所示，所述夹具200包括底板210、第一压紧片221和第二压紧片222。所述底板210连接在所述样品台170上，所述底板210上设置有凹槽211。所述第一压紧片221和第二压紧片222分别设置在所述凹槽211的两侧并与底板210连接，用于压紧工件。当需要焊接铜片A和铜片B时，将铜片A放置在样品台170上，从样平台与第一压紧片221之间穿过，通过第一压紧片221压紧以固定铜片A的在样品台170上的位置，同理，将铜片B放置在样品台170上，从样平台与第二压紧片222之间穿过，通过第二压紧片222压紧以固定铜片B的在样品台170上的位置。且使得铜片A与铜片B的焊接位置位于凹槽211处，这样有利于避免激光焊接过程中夹具200的底板210被激光损坏。

进一步地，如图1所示，为了便于调节第一激光光束和第二激光光束的聚焦位置，本发明实施例提供的激光焊接系统100还包括第一电动模组151、第二电动模组152和第三电动模组153。第一电动模组151与第一准直透镜113连接，用于控制所述第一准直透镜113沿着第一准直透镜113的光轴方向运动。第二电动模组152与第二准直透镜122连接，用于控制第二准直透镜122沿着第二准直透镜122的光轴方向运动。第三电动模组153与会聚透镜144连接，用于控制会聚透镜144沿着会聚透镜144的光轴方向运动。因此，通过控制第一电动模组151和第二电动模组152可以分别调节第一激光光束和第二激光光束的聚焦位置，使得第一激光光束和第二激光光束均聚焦到工件的预设位置，实现双波长-单焦点复合激光焊接。此外，还可以通过控制第三电动模组153的运动可以实现双波长-单焦点不同离焦量的激光焊接，增大了焊接工艺窗口。

其中，第一电动模组151、第二电动模组152和第三电动模组153可以包括电机，例如，可以在第一准直透镜113、第二准直透镜122和会聚透镜144的基座下分别对应设置第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨。第一滑轨的长度方向为第一准直透镜113的光轴方向，第二滑轨的长度方向为第二准直透镜122的光轴方向，第三滑轨的长度方向为会聚透镜144的光轴方向。需要说明的是，入射到会聚透镜144的第一激光光束和第二激光光束为同轴光束。将第一准直透镜113设置在能够相对于第一滑轨上滑动的滑块上，将第二准直透镜122设置在能够相对于第二滑轨上滑动的滑块上，会聚透镜144设置在能够相对于第三滑轨上滑动的滑块上。分别通过第一电机、第二电机和第三电机以及相应的传动结构即可以带动滑块在对应滑轨上移动。

当然，除了上述电动方式之外，也可以采用包括微调旋钮、滑轨、滑块的手动调节机构实现第一准直透镜113、第二准直透镜122和会聚透镜144的位置调节。当然，为了实现系统的自动化控制，并考虑到系统的调节精度，本实施例优选采用上述电动的方式实现第一准直透镜113、第二准直透镜122和会聚透镜144的位置调节。

为了进一步实现本激光焊接系统100的自动化控制，激光焊接系统100还包括控制装置和人机交互面板。激光电源183、第一光闸130、第二光闸、第一电动模组151、第二电动模组152及第三电动模组153、人机交互面板均与控制装置耦合。于本实施例中，如图1所示，控制装置可以包括工程控制器181、工程PC机182和运动控制板卡184，其中，工程控制器181与工程PC机182耦合，用于输入控制指令。人机交互界面、第一光闸130、第二光闸、激光电源183及运动控制板卡184均与工程PC机182耦合。安装于工程PC机182中的应用程序可以通过接收用户输入的指令设置控制时序以控制第一光闸130、第二光闸及激光电源183的开启和闭合时间，还可以根据用户输入的指令控制运动控制板卡184的输出。具体的，用户可以通过工程控制器181或人机交互面板输入指令，有效地实现了激光焊接系统100的自动化控制。

激光电源183与激光光源模块111耦合，因此，通过控制激光电源183的开启和关闭即可以控制激光光源模块111的开启和关闭。运动控制板卡184分别与第一电动模组151、第二电动模组152及第三电动模组153耦合，因此，通过控制运动控制板卡184即可以驱动第一电动模组151、第二电动模组152及第三电动模组153运动，从而带动第一准直透镜113、第二准直透镜122和会聚透镜144运动。人机交互面板可以优选采用触摸显示屏185，当然，也可以采用键盘和显示屏。

在本实施例的一种实施方式中，激光光源模块111为Nd:YAG脉冲红外激光发射器，用于发出1064nm的近红外激光光束。分光镜112可以采用45°红外激光透-反比例透镜，用于按照所配备镜片的透-反比例将Nd:YAG脉冲红外激光发射器发出的1064nm的近红外激光光束分成预设能量比例的两路激光束，其中一路为透射光，另一路为反射光。其中，预设能量比例由分光镜112所配备镜片的透-反比例决定。例如，当所配备的透镜为半透半反透镜时，透过45°红外激光透-反比例透镜的激光束与45°红外激光透-反比例透镜反射的激光束的能量比为1:1。需要说明的是，通过更换不同透-反比例的透镜，可以获得不同能量比例的两路激光束，从而得到不同能量比例的第一激光光束和第二激光光束，有利于扩大工艺窗口。

相应的，本实施例中，第一准直透镜113为红外激光增透准直镜，可以选用光质玻璃如抛光的高纯度SiO₂或者其他光学材料如GaAs、CaF₂等。例如，可以采用平凸光质玻璃，焦距为120mm，两面均镀有1064nm增透膜。第二准直透镜122为绿激光增透准直镜，可以选用光质玻璃如抛光的高纯度SiO₂或者其他光学材料如GaAs、CaF₂等，例如，可以采用平凸光质玻璃，焦距为120mm，两面均镀有532nm增透膜。

激光倍频器121是利用非线性晶体在强激光作用下产生二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，可以采用光子晶体光纤或其他倍频晶体。例如，1064nm的近红外激光光束入射到激光倍频器121后可以产生二次谐波532nm绿激光。

反射镜141可以为45°绿激光反射镜，具体可以选用光质玻璃如抛光的高纯度SiO2或者其他光学材料如GaAs、CaF2等。例如，反射镜141可以采用平面光质玻璃，配有二维调整镜架，一面镀有532nm45°高反膜。

双色镜142可以对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。本实施例中，光色镜具体可以为45°红外激光增透镜-绿激光反射镜，用于透过1064nm的近红外激光光束，反射532nm的绿激光。具体的，45°红外激光增透镜-绿激光反射镜可以选用光质玻璃如抛光的高纯度SiO₂或者其他光学材料如GaAs、CaF₂等。例如，采用平面光质玻璃，配有二维调整镜架，一面镀有1064nm的45°增透膜，另一面镀有1064nm的45°高反膜和1064nm的45°增透膜。

会聚透镜144可以为红外激光-绿激光增透聚焦镜，具体可以选用光质玻璃如抛光的高纯度SiO₂或者其他光学材料如GaAs、CaF₂等。例如，可以采用平凸光质玻璃，焦距为80mm，两面均镀有532nm和1064nm的双色增透膜。

基于上述实施方式，本发明提供的激光焊接系统100中光路系统的具体工作过程可以为：Nd:YAG脉冲红外激光发射器发出1064nm的近红外激光光束入射到45°红外激光透-反比例透镜中。经过45°红外激光透-反比例透镜的透射和反射将1064nm的近红外激光光束分为预设能量比例的两路光束。

透过45°红外激光透-反比例透镜的1064nm的近红外激光光束，也就是上述第一激光光束入射到红外激光增透准直镜，经过红外激光增透准直镜的扩束、准直处理后入射到45°红外激光增透镜-绿激光反射镜。

由45°红外激光透-反比例透镜反射的1064nm的近红外激光光束进入激光倍频器121，激光倍频器121对进入的1064nm的近红外激光光束进行倍频处理后，产生二次谐波，即532nm的绿激光，也就是上述的第二激光光束。激光倍频器121输出的532nm的绿激光入射到绿激光增透准直镜；经绿激光增透准直镜扩束、准直处理后，传输到45°绿激光反射镜，经45°绿激光反射镜45°反射后，入射到45°红外激光增透镜-绿激光反射镜。

入射到45°红外激光增透镜-绿激光反射镜的两路光束，1064nm的近红外激光光束透过，532nm的绿激光发生45°反射，从而实现红外激光与绿激光的同轴耦合。两束激光同轴耦合后均入射到红外激光-绿激光增透聚焦镜，共同聚焦到工件的预设位置处。

需要说明的是，在如图1所示的具体应用场景中，用于放置激光焊接系统100的加工平台包括第一平台161和第二平台162，第一平台161位于第二平台162的上方。其中，第一平台161用于搭建上述光路系统，第二平台162用于设置样平台，样平台用于放置和移动工件，以实现激光焊接。此时，考虑到上述光路系统与样品台170的空间位置关系，45°红外激光增透镜-绿激光反射镜输出的同轴耦合的红外激光与绿激光需要先经过红外激光-绿激光全反射镜143，经其45°反射后垂直向下入射到红外激光-绿激光增透聚焦镜，再由红外激光-绿激光增透聚焦镜聚焦到放置于样品台170上的工件上，如图1所示。

此外，在本发明的另一种实施方式中，会聚透镜144也可以采用离轴抛物镜，离轴抛物镜可以用于将平行于该离轴抛物镜的光轴入射的不同波长的激光光束反射到光轴外的某一点处聚焦，可以有效地消除色差。当然，为了使得离轴抛物镜反射的红外激光和绿激光均能聚焦到工件的预设位置处，需要相应的调节光路中各元件的空间分布。

下面将基于上述实施方式对本激光焊接系统100的一种示例性工作过程进行详细说明：

共焦调节步骤：摆放工件进行激光焊接之前，通过触摸显示屏185输入开启指令，控制激光电源183开启，打开Nd:YAG脉冲红外激光发射器。通过触摸显示屏185输入第一控制指令，控制第一电动模组151调整Nd:YAG脉冲红外激光发射器与红外激光增透准直镜前焦点之间距离，改变红外激光束在红外激光增透准直镜与红外激光-绿激光增透聚焦镜之间的发散角从而改变红外激光聚焦光斑位置。同理，也可以通过触摸显示屏185输入第二控制指令，控制第二电动模组152调整激光倍频器121与绿激光增透准直镜前焦点之间距离，改变绿激光束在绿激光增透准直镜与红外激光-绿激光增透聚焦镜之间的发散角从而改变绿激光聚焦光斑位置。只对红外激光聚焦光斑位置或绿激光聚焦光斑位置进行调节，或者是对两者进行调节，均能够实现红外激光和绿激光的共焦。调节好共焦后，关闭Nd:YAG脉冲红外激光发射器，或者也可以关闭第一光闸130和第二光闸。

工件焊接步骤：将工件放置在样品台170上的夹具200上，使得焊接位置位于夹具200的凹槽211处，并通过第一压紧片221和第二压紧片222压紧。控制第一光闸130处于关闭状态，第二光闸处于开启状态，并分别设置好第一光闸130和第二光闸的工作时序后，开启Nd:YAG脉冲红外激光发射器。当然，可以通过控制第一光闸130和第二光闸的工作时序实现红外激光和绿激光的同步输出或异步输出。例如，通过对第一光闸130和第二光闸的工作时序的控制，可以实现先由绿激光对工件的焊接位置进行焊前预热，然后再加入红外激光对工件的焊接位置进行焊接，焊接完成后，断开红外激光，保持绿激光，待焊点温度降至绿激光所能保持的温度后，再断开绿激光，实现焊点的缓慢冷却。进一步，通过样品台170控制工件移动，重复上述过程即可以实现对工件的焊接。

当然，还可以通过第三电动模组153控制红外激光-绿激光增透聚焦镜以实现双波长-单焦点不同离焦量的激光焊接。

实际应用中，采用单一红外脉冲激光对铜片进行焊接时，当焊接参数为：Nd:YAG脉冲红外激光发射器输出峰值功率6kW，脉宽1ms，频率30Hz，扫描速度7.5mm/s，离焦量为0mm时，焊接难度较大，所得到的焊接效果图如图5所示。由图5可以明显地看出焊缝成形质量差。

而采用相同的焊接参数，使用本发明实施例提供的激光焊接系统100对铜片进行焊接时，即Nd:YAG脉冲红外激光发射器输出峰值功率6kW，脉宽1ms，频率30Hz，扫描速度7.5mm/s，离焦量为0mm。此时，当45°红外激光透-反比例透镜为半透半反镜时，绿激光单脉冲能量为201.2mJ，红外激光与绿激光双波长以同步输出单焦点方式对工件进行焊接，所得到的焊接效果图如图6所示。由图6可以明显地看出，焊缝成形质量较好，形成了稳定的焊接匙孔效应，实现了激光深熔焊接。

另外，本发明实施例还提供了一种激光焊接方法，如图7所示，所述方法包括：

步骤S501，将第一激光发生装置110发出的第一激光光束的焦点及第二激光发生装置120发出的第二激光光束的焦点均调节至工件的预设位置处；

步骤S502，通过控制第一光闸130的开闭控制第一激光光束的输出间隔，以使第一激光光束和第二激光光束按照预设规则聚焦到预设位置处对工件进行焊接。

其中，所述预设规则可以为第一激光光束与第二激光光束同步传输到工件的预设位置处，以对工件进行焊接。或者，也可以为第一激光光束与第二激光光束异步传输到工件的预设位置处，以对工件进行焊接。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统、装置和单元实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的激光焊接系统及方法通过第一激光发生装置110发出的具有第一预设波长的第一激光光束和具有第二预设波长的第二激光光束共同聚焦到工件的预设位置处，可以实现铜及其合金等具有高反射率、高导热系数的材料的激光焊接。此外，通过设置第一光闸130和第二光闸实现了第一激光光束和第二激光光束的同步输出和异步输出，对工件进行焊接。通过控制第一激光光束和第二激光光束的异步输出使得本激光焊接系统具有焊前预热和焊后缓冷功能，有效地降低了焊接应力，避免了激光焊接过程中铜及其合金等具有高导热系数的材料由于温度梯度过大而造成的焊接裂纹问题。另外，通过更换分光镜112所配备透镜的透-反比例可以实现第一激光光束和第二激光光束的不同能量配比，通过控制第三电动模组153带动双色镜142运动可以实现双波长-单焦点不同离焦量的激光焊接，从而增大了焊接工艺窗口。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光焊接系统，其特征在于，包括：样品台、第一激光发生装置、第二激光发生装置、第一光闸及光调节装置，所述样品台用于放置工件，所述第一光闸设置在所述第一激光发生装置与所述工件之间的光传播路径中；

所述第一激光发生装置发出的第一预设波长的第一激光光束入射到所述第一光闸，通过所述第一光闸的第一激光光束经过所述光调节装置聚焦到所述工件的预设位置处，所述第二激光发生装置发出的第二预设波长的第二激光光束也经过所述光调节装置聚焦在所述预设位置处。

2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，所述第一激光发生装置包括激光光源模块、分光镜及第一准直透镜，所述第二激光发生装置包括激光倍频器及第二准直透镜，所述第一光闸设置在所述第一准直透镜及所述光调节装置之间；

所述激光光源模块发出的初始激光光束入射到所述分光镜，经所述分光镜分为具有预设能量比例的两路激光束，其中一路作为第一激光光束入射到所述第一准直透镜，由所述第一准直透镜准直后入射到所述第一光闸；另一路入射到所述激光倍频器，经所述激光倍频器的倍频处理后生成第二激光光束，所述第二激光光束由所述第二准直透镜准直后入射到所述光调节装置。

3.根据权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括第二光闸，所述第二光闸设置在所述激光倍频器内，所述第二光闸用于控制所述第二激光光束的输出间隔。

4.根据权利要求2或3所述的激光焊接系统，其特征在于，所述光调节装置包括反射镜、双色镜及会聚透镜，所述反射镜用于反射所述第二激光光束，所述双色镜用于透过所述第一激光光束且反射所述第二激光光束；

由所述第一准直透镜出射的第一激光光束透过所述双色镜、经所述会聚透镜聚焦到所述工件的预设位置处；由所述第二准直透镜出射的所述第二激光光束由所述反射镜反射至所述双色镜，经所述双色镜反射后入射到所述会聚透镜，经所述会聚透镜聚焦到所述预设位置处。

5.根据权利要求4所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括第一电动模组和第二电动模组，所述第一电动模组与所述第一准直透镜连接，所述第二电动模组与所述第二准直透镜连接，所述第一电动模组用于控制所述第一准直透镜沿着所述第一准直透镜的光轴方向运动，所述第二电动模组用于控制所述第二准直透镜沿着所述第二准直透镜的光轴方向运动。

6.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括第三电动模组，所述第三电动模组与所述会聚透镜连接，所述第三电动模组用于控制所述会聚透镜沿着所述会聚透镜的光轴方向运动。

7.根据权利要求6所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括控制装置，所述激光光源模块、所述第一光闸、所述第一电动模组、所述第二电动模组及所述第三电动模组均与所述控制装置耦合。

8.根据权利要求7所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括人机交互面板，所述人机交互面板与所述控制装置耦合。

9.根据权利要求4所述的激光焊接系统，其特征在于，所述会聚透镜为离轴抛物镜。

10.一种激光焊接方法，其特征在于，应用于权利要求1-9中任一项所述的激光焊接系统，所述方法包括：

将第一激光发生装置发出的第一激光光束的焦点及第二激光发生装置发出的第二激光光束的焦点均调节至工件的预设位置处；

通过控制第一光闸的开闭控制所述第一激光光束的输出间隔，以使所述第一激光光束和所述第二激光光束按照预设规则聚焦到所述预设位置处对所述工件进行焊接。