[發明專利]用于借助透射焊接經由焊縫連接兩個工件部分的設備

有效

• 申請號: 201210452047.2
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN103101192B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 赫爾穆特·施泰因;維爾納·沃爾曼;諾伯特·克日伊扎尼亞克;格德·黑內爾
• 申請（專利權）人: 詹諾普蒂克自動化技術有限公司
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16;B23K26/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊靖;車文

技術領域

本發明涉及一種用于借助透射焊接經由接合區域(這里至少為二維的焊縫)優選連接大面積延展的工件部分的設備。

背景技術

原則上為了實施透射焊接，兩個待相互連接的工件部分如下地彼此接合，即，所述工件部分沿接觸區域直接碰觸。接合區域位于接觸區域內部。第一工件部分能由激光束透射且面朝激光源。第二工件部分能吸收激光束。激光束穿透第一工件部分，撞擊到第二工件部分的上層，在那里被吸收并且轉化成熱能。第二工件部分的上層熔化，其中，通過熱傳導也發生了第一工件部分的鄰接層的熔化并且兩個工件部分材料鎖合地連接成一個工件。

若兩個工件部分應當沿著不等于接觸區域的接合區域相互連接，那么必須將激光束的撞擊限制到接合區域上，以便避免接觸區域內其它區域的焊接。

為此，一種可能性是使用點狀地或線狀地聚焦到兩個工件的接合區域上的激光束，如在專利文獻EP1405713B1中描述的那樣。聚焦激光束的、構造成輥柱或球的且處在透射性工件表面上的光學透鏡與激光束同步地沿著接合區域移動。在此，待焊接的工件部分通過透鏡局部地壓在一起并且沿著接合區域精確地相互連接。但較大面積的連接是十分耗時的。

專利文獻EP997261B9中公開了另一種方法，用該方法將兩個工件部分借助透射焊接在接合區域中相互連接。在此，透射性的工件部分的自由表面由激光不能穿過的罩遮蓋并且該罩由激光幕形式的激光束加載，該激光幕通過一個或多個激光源的激光束的準直和聚焦產生。該罩對應于接合區域地被打通，因此接觸區域的那些不應相互連接的區域被遮蓋。由罩阻擋的激光束被反射。

激光束沿著激光線痕撞擊在吸收性的工件部分的表面上，其中，激光線痕通過罩的造型劃分成線段。若罩對應于某一線段是打通的，那么該線段以激光束的全功率照亮；在未打通的罩中，相關的線段不被照亮。工件部分和激光線痕相對彼此移動，因此激光線痕引導經過接合區域。在此，激光線痕始終與在某時間點上掃過的接合區域的方位和延展相適配。激光幕的延展進而激光線痕的最大延展能夠通過改變激光源和罩的工作間距來進行調整。此外，可以通過改變激光束的功率來調整激光線痕的能量密度。

如下在能量方面是不利的，即，發射的激光束的一部分沒有被利用并且還或多或少地被漫反射，這意味著設備或激光源的熱負荷升高并且需要額外的工作保護措施。此外，沒有設置能夠對激光束在工件表面上的功率密度分布產生影響的措施。

公開文獻DE10007391A1公開了一種設備，在該設備中，這些缺點被消除。利用這里提到的設備既能夠影響功率密度分布又能夠影響在工件上產生的激光束的熾斑的形狀。

為此，在激光束源和工件之間布置有面式的和空間分辨的、用于產生能預先給出的功率密度分布的光調制器。穿過光調制器所達到的空間分辨率通過布置在平面中的由能單個驅控的單元構成的矩陣實現，該矩陣垂直于這個平面地布置在激光束源的光路中。根據這些單元的數量，從激光束源出來的激光束分成單個的分束。用每一個這種彼此獨立的單元可以影響相應的分束的透射。因此，在激光束撞擊到工件之前，能夠在矩陣的區域中有針對性地調整在整個激光束的通道橫截面上的功率密度分布。

為了調制分束，單元具有能移動的微鏡或微型晶體管或者實施為液晶單元。用這些裝置可以無級別地將每個單元的透射從最大的透射調整至光的完全阻斷。由此，在連續的或同步的材料加工中產生了多種可能性。在該設備的一種實施方案中，例如由此實現了工件在由光調制器界定的面上的同步加工，即，僅同時釋放那些為了加工面式地布置在工件上的輪廓所需要的分束。通過單個釋放的單元彼此間透射的分級，同時實現了在整個輪廓分布中的均勻的功率密度分布的調整。

因為光調制器直接布置在光路中，所以用于其構建的材料必須具有盡可能高的毀壞閾值。為了阻止通常在其已經能逐點接近毀壞閾值的光束輪廓上具有不均勻性的激光束撞擊光調制器以及增加光調制器的動態區域，需要額外的措施，所述措施在撞擊光調制器之前均勻化激光束。對材料特性和光調制器的功能性構建的高要求、用于均勻化撞擊光調制器的激光束的額外的光學器件的使用以及所需要的控制的提供，意味著在制造設備時的高額費用。此外，這里應用的原則僅能在加工較小的工件時合理地使用。

在公開文獻DE10201007717A1公開的設備中描述了一種明顯更為簡單的可行方案，用該可行方案能夠無需使用罩就能將兩個面式的工件部分經由結構化的且大面積延展的接合區域借助由多個能單個驅控的單個發射器組成的線形激光束源連接起來。