[发明专利]异种材料的大幅面高强度激光焊接方法及装备

说明书

本发明提供了一种异种材料的大幅面高强度激光焊接方法和装备，方法具体包括：通过抛光制备透明硬脆材料和金属材料，材料的口径大于100mm且表里面粗糙度低于百纳米级别，将透明硬脆材料和金属材料叠放，透明硬脆材料置于金属材料上方；通过测距仪实时测量透明硬脆材料和金属材料间的距离；通过合束实现长脉冲激光和超快激光的复合输出，通过光学调控令长脉冲激光和超快激光焦点分离至预定位置，根据测距仪测量到的距离基于功率‑高度数据库设置合理的长脉冲光功率，此时金属材料受热膨胀与透明硬脆材料达到光学贴合；长脉冲激光/超快激光复合输出的同时与测距仪保持同步移动，依照指定路径完成大幅面异种材料的焊接。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种异种材料的大幅面高强度激光焊接方法及装备。

背景技术

激光焊接低污染、高精度、高效率，目前已广泛应用于光电子、汽车制造和生物医疗等领域元器件的焊接封装中，制造需求的逐步提高已提出大幅面异种材料的高强度焊接需求，例如高功率微波源的核心部件等，如何保证大幅面(口径大于100mm)需求背景下的透明硬脆与金属异种材料的高强度焊接是国际难题，成为极大的挑战。

目前，与透明硬脆材料、金属材料相关的焊接技术可分为以下两类：超快激光具备极小的能量输入、超高的峰值功率密度等特点，可在透明硬脆材料内部引起非线性吸收，基于高重频的脉冲激光注入实现能量累积，从而完成透明硬脆材料的选区焊接，但其作用于金属时仅在材料表面引起吸收从而导致烧蚀效应，难以实现金属材料的焊接。另一方面，长脉冲激光具备高的能量输出，可在金属材料表面引起强烈的线性吸收，基于持续性的能量注入可实现金属的高强度焊接，但其作用于透明硬脆材料时存在吸收低且易导致裂纹等问题，难以完成透明硬脆材料的高强度焊接。

现有技术方案中，为实现透明硬脆/金属异种材料的高强度焊接，样品的光学接触成为必要条件，要求样品有极高的平整度(低于1微米)和极低的粗糙度(百纳米级别)，这就使得大幅面范围内的光学接触其贴合难度极大，成本极高，难以满足实际需求。

此外，中国专利文献CN108581188A“一种复合激光焊接透明脆性材料的装置”，CN107892469A“一种多激光束合束焊接玻璃材料的方法及装备”通过超快激光和连续激光两步或同步复合焊接的方式实现透明脆性材料的焊接，超快激光用于增强吸收，连续激光用于实现焊接，且两焦点均在两材料中间位置，适用的范围为透明硬脆材料。然而，该方式用于透明硬脆/金属异种材料焊接时，超快激光作用下金属材料线性吸收易导致烧蚀从而造成显著缺陷，连续激光会进一步增加缺陷大小，因而难以实现高强度异种材料焊接，且该方式无法解决大尺寸材料焊接过程的贴合问题；中国专利文献CN112846499A“玻璃与金属封装的超快激光焊接方法以及系统”中提出采用超短脉冲激光实现玻璃/金属的焊接，该方式基于超短脉冲激光，通过特定的夹具实现几毫米大小的金属与玻璃焊接，该方式因基于光学接触可实现的幅面仅有几毫米尺寸，同样难以实现大幅面(口径大于100mm)下透明硬脆材料与金属材料的异种材料贴合问题，因而难以实现大幅面异种材料的高强度焊接。

因而，如何解决异种材料的大幅面高强度激光焊接需求全新的技术方法。

发明内容

本发明提供了一种异种材料的大幅面高强度激光焊接方法及装备，其目的是为了解决现有焊接方案，大幅面范围内光学接触难度大、焊接成本高，透明硬脆/金属异种材料焊接难的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种异种材料的大幅面高强度激光焊接方法，包括：

步骤一、通过抛光制备透明硬脆材料和金属材料，材料的口径大于100mm且表里面粗糙度为百纳米级别，将透明硬脆材料和金属材料叠放，透明硬脆材料置于金属材料上方；

步骤二、通过合束实现长脉冲激光和超快激光的复合输出，通过光学调控令长脉冲激光和超快激光焦点分离至预定位置，所述长脉冲激光的焦点在金属材料的内部，所述超快激光的焦点在透明硬脆材料的内部；