[发明专利]一种用于铝合金手机中框组件焊接的系统及方法

说明书

本发明公开一种用于铝合金手机中框组件焊接的系统及方法，用于实现焊缝宽度窄（≤1.5mm）的焊接，系统包括光路组件、控制组件和运动支撑组件，光路组件和运动支撑组件分别与控制组件相连；光路组件包括半导体激光器、光纤激光器及传输激光束的光学元件；光学元件包括设置在光纤激光传输光路上的XY双摆组件，XY双摆组件将光纤激光束按照预设图形进行摆动，摆动后的光纤激光束与半导体激光器出射的激光束经由分光镜合束后聚焦至待焊工件。本发明通过半导体激光束加热提高铝合金对激光的吸收率，降低光纤激光束的焊接功率，减少焊接热影响区；通过合适摆幅的光纤激光束增加光纤激光束与铝合金的作用时间，使得焊缝能量分布更均匀，更有利于气孔的排出。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及消费电子铝合金结构组件的制造组装，目的在于使用同轴双波段激光束开发高效、可靠的铝合金手机中框组件的焊接方法和系统。

背景技术

铝合金具有质轻、无磁性、耐腐蚀、高导热性、易成型以及比强度高等优点，广泛应用于消费电子、汽车制造、航空航天、新能源锂电等领域，其中金属材质的手机中框大规模使用六系或七系硬质铝合金。

手机中框结构组件主要由铝合金材质的内中板（厚度：0.5~1mm）和外框（厚度：1~1.5mm）组成，内中板和外框上下搭接的区域宽度1.5mm，将内中板和外框进行高强度的自动化搭接焊是智能手机组装制造的重要工序；由于铝合金属于共晶合金，且具有熔沸点和密度较低、线膨胀系数大等物理特性，在使用接触式的弧焊进行铝合金焊接时会出现焊缝尺寸宽、变形大（应力分布不均）、热裂纹、气孔、效率低等缺陷和问题，而单光束激光焊接不能很好的解决焊接功率高带来的飞溅焊渣和热影响区大导致的焊缝边缘硬度下降等问题。

现有技术虽然公开了可以通过双光束焊接提高焊缝质量，如CN108453374A、CN102500919A等，但是存在以下缺陷：①需要较高的激光功率进行预热，而预热的激光功率过高会导致焊缝尺寸过宽，不适用于对焊缝尺寸要求严格的场景；②焊缝热量分布不均匀，不利于气孔的排出。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于铝合金手机中框组件焊接的系统及方法，用以解决上述至少一个技术问题。

根据本发明说明书的一方面，提供一种用于铝合金手机中框组件焊接的系统，用于实现焊缝宽度窄的焊接需求，所述系统包括光路组件、控制组件和运动支撑组件，所述光路组件和运动支撑组件分别与控制组件相连；所述光路组件包括半导体激光器、光纤激光器及传输激光束的光学元件；所述光学元件包括设置在光纤激光传输光路上的XY双摆组件，所述XY双摆组件将光纤激光束按照预设图形进行摆动，摆动后的光纤激光束与半导体激光器出射的激光束经由分光镜合束后入射至聚焦镜，双光束经由聚焦镜后聚焦至待焊工件进行焊接。

上述技术方案利用半导体激光器出射的激光束实现待焊区域的预热和缓冷，通过半导体激光束加热提高铝合金对激光的吸收率，有效降低光纤激光的焊接功率，减少焊接热影响区，通过缓冷消除残余热应力，有效减少焊接热裂纹；同时，利用XY双摆组件实现激光束在XY方向的摆动偏转，摆动偏转的激光束入射聚焦到待焊工件表面，通过合适摆幅的光纤激光束有效增加了光纤激光束与铝合金的作用时间，使得焊缝能量分布更均匀，更有利于气孔的排出。

进一步地，所述半导体激光器出射的激光束经由第一传输光纤、第一保护镜、第一准直镜入射到第一分光镜，再经由第一分光镜反射至第二分光镜；所述光纤激光器出射的激光经由第二传输光纤、第二保护镜、第二准直镜、XY双摆组件入射至第二分光镜；所述第二分光镜对光纤激光束和半导体激光束合束后，经由聚焦镜入射聚焦到待焊工件表面。

进一步地，所述控制组件包括控制主机，以及分别与控制主机相连的激光控制卡、摆动控制卡、运动控制卡。所述控制主机内置控制软件，用于绘制焊接波形，设定摆动参数、激光焊接参数及运动参数。设置的焊接波形或参数通过控制电路下发到各控制卡，再由控制卡下发信号至对应的激光器、摆动电机或运动轴，实现对待焊工件的焊接。