[发明专利]用于激光焊接透明工件的方法和对应的激光加工机

说明书

根据本发明，在一种用于借助脉冲式的激光射束(3)、尤其是UKP激光射束将相互重叠的两个工件(2a，2b)激光焊接的方法中，使所述激光射束穿过其中一个工件(2a)指向到另一工件(2b)上并且相对于两个工件(2a，2b)沿着进给方向(10)运动，以在相互贴靠的两个工件(2a，2b)之间产生焊缝(12)，给沿进给方向(10)运动的激光射束(3)叠加激光射束(3)的横向于或平行于进给方向(10)指向的来回偏转(11)。

技术领域

本发明涉及一种用于借助脉冲激光射束、尤其是UKP激光射束激光焊接相互重叠的两个工件的方法，其中，使所述激光射束穿过其中一个工件指向到另一工件上并且相对于这两个工件沿进给方向运动，以便在贴靠在彼此上的这两个工件之间产生焊缝，本发明还涉及一种适用于执行这种激光焊接方法的激光加工机。

背景技术

脉冲时长小于500ps的超短脉冲激光辐射(UKP)越来越多地应用于材料加工。以UKP激光辐射进行的材料加工的特别之处在于激光辐射与工件的短的相互作用时间。由于这种相互作用时间，会在固体中产生极端的热动态不平衡，这会导致独特的去料或成形机理。例如能在最小的热输入的情况下高精度地对金属、半导体、电介质或复合材料进行去料或能激励微米结构或纳米结构的成形过程(例如Gottmann,J.，Hermans,M.，Ortmann,J.，“Digital Photonic Production of Micro Structures in Glass by In-VolumeSelective Laser-Induced Etching using a High Speed Micro Scanner”，PhysicsProcedia 39,2012,534-541)。

借助超短激光脉冲对激光可透的玻璃或对于激光射束可透的、半透的或散射的其他材料进行的激光焊接使得能没有附加的材料投入地稳定连接，但是会受由激光引起的瞬时的以及永久的应力的限制。因而为了提高附接横截面，大多将激光射束多次沿着接合配对件的接合线、即沿着焊缝经过。原则上，激光引起的应力也可借助合适的激光和/或过程参数降低，但由此会产生其他的缺点(缝隙可跨接性)。

背景是借助超短激光脉冲在当地熔化材料。如果将超短激光脉冲聚焦到玻璃、例如石英玻璃的体积中，则在焦点处存在的高的射束强度导致非线性的吸收过程，由此根据激光参数而定会引起不同的材料改性。当在时间上的脉冲间隔短于玻璃的典型的热扩散时间时，则在焦点区域处的温度随脉冲数(所谓的热积累)提高并且会导致在当地熔化。如果将改性定位在两个玻璃的边界面的区域，则冷却的熔化物生成两个玻璃的稳定的连接。基于在当地的接合过程，激光引起的应力通常是小的，由此也能将在热学上极其不同的玻璃结合。但应力影响强度并且限制激光结合的可行性。除了与诸如平均激光功率以及脉冲重叠的过程参数相关的改性参量之外，焊缝的几何形状也对激光引起的应力具有决定性的影响。线形的焊缝会预给定出偏好平面，裂纹会沿着该偏好平面传播，这对于强度是不利的并且会导致材料失效(断裂)。

发明内容

因而本发明的任务在于，在开头提到的类型的方法的情况下将要相互焊接的工件中由激光引起的应力减小并且尽可能以唯一一次驶过(指驶过焊缝)产生足够稳定的焊缝以及提供一种合适的激光加工机。

根据本发明，该任务以下述方式解决，给沿进给方向运动的激光射束叠加激光射束的来回偏转。激光辐射的来回偏转能横向于、尤其是垂直于进给方向进行或平行于进给方向进行。激光射束的横向于进给方向的来回偏转在此包括激光射束的不平行于进给方向的每个偏转。激光射束的垂直于进给方向的来回偏转尤其是也可沿射束传播方向进行。通过激光射束的横向于进给方向的来回偏转可产生之字形的或蜿蜒线形的焊缝。在此，激光焦点有利地并不处于接合面的高度，而是在下方工件的接合面下方在下方工件的体积中或在上方工件的接合面上方在上方工件的体积中。通过该方式可形成并不会将两个工件的接合面包围在其中的熔化体积。