[发明专利]一种激光冲击金属箔板同步焊接和成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造中激光冲击微成形领域，尤其是涉及一种激光冲击金属箔板同步焊 接和成形方法及装置。

背景技术

近年来微器件在电子产品、生物、医疗器械、精密仪器等产业应用越来越广泛，产品的 微型化成为制造业的一个重要的趋势，与之相关的金属微成形技术研究显得越发重要。

随着材料科学的发展，人们越发认识到多种材料组合，特别是异种金属材料连接广泛应 用于航空和航天、电子、生物和医疗等产业。由复合材料制备的器件可以充分综合利用组成 材料的良好性能，从而表现出优异的性能。

目前制造复合材料的成形件的工艺大多分成两步，先通过爆炸复合和轧制等工艺制造复 合板材接着再通过冲压成形和爆炸成形等工艺制造成形件。关于一个过程同时实现异种金属 材料的焊接和成形的报道非常少。郑远谋著的《爆炸焊接和爆炸复合材料的原理及应用》一 书报道了一种爆炸焊接和爆炸成形两种工艺一气呵成的工艺。该工艺的优点在于一次爆炸加 载可以完成焊接和成形两种工艺，该工艺特别适用于大型复合件的制造。但是炸药加载可控 性差，危险程度高，所用模具较为简单，很难应用于微器件的制造。2003年俄亥俄州立大学 的张鹏慧在博士论文《JoiningEnabledbyHighVelocityDeformation》报道一种弹丸冲击焊接 和成形的工艺，通过弹丸高速冲击紧贴的两层金属，在模具的约束下材料流入模具，结果发 现部分金属材料焊接在一起，同时成功复制模具的形状。但是，该工艺是接触式加载驱动的 固态焊接和成形工艺，由于可控性较差，因此表面质量不高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种激光冲击金属箔板同步焊接和成形方法及 装置，该焊接和成形方法快捷、精密、可重复，提高了加工精度和工作效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种激光冲击金属箔板同步焊接和成形方法，包括以下步骤：

S1：将基板和复板预处理；

S2：将吸收层涂覆在约束层下表面，将步骤S1中预处理后的复板紧贴在吸收层下表面； 将基板放在模具的固定槽上；调节基板和复板之间的距离；

S3：调节光路使激光聚焦在步骤S2中所述吸收层上，调节光斑直径；控制激光对复板单 次发射，实现复板和基板单次同步焊接和成形；

S4：去除吸收层，即可得到金属箔板复合的成形件。

进一步的，步骤S1中所述基板和复板预处理过程为：用粗砂纸打磨方法除去基板和复板 表面存在的氧化层，然后再用细砂纸打磨抛光，最后用酒精或丙酮清洗表面，得到清洁光滑 的表面，Ra≤0.025μm。

进一步的，步骤S2中调节基板和复板的过程为：将约束层通过约束层支架连接约束层位 置调节器；通过约束层位置调节器调节复板和基板之间的距离。

进一步的，步骤S2中所述约束层为K9玻璃，厚度为3mm；所述吸收层为黑漆，厚度为 0.1mm-0.5mm；所述复板通过粘合剂A380紧密贴在吸收层上；所述基板和复板之间的距离 为0.3mm-0.9mm。

进一步的，所述复板厚度为20um-100um，基板厚度为50um-200um；所述复板和基板为 同种或异种金属材质。

进一步的，步骤S3中所述调节光路过程为：通过三坐标移动平台控制器调节三坐标移动 平台位置，使由脉冲激光器输出的激光经过反射镜和聚焦透镜聚焦在吸收层上；调节光斑直 径过程为：通过调节聚焦透镜位置调节器调节聚焦透镜与复板的距离，来调节光斑直径。

进一步的，所述脉冲激光器为脉宽8ns-10ns的短脉冲激光器，激光能量控制在3J-8J，光 斑直径控制在2mm-6mm。

一种激光冲击金属箔板同步焊接和成形装置，包括激光发生装置、焊接和成形装置、三 坐标移动平台装置、控制装置；