一種激光焊前材料表面的預處理方法及系統技術方案

一種激光焊前材料表面的預處理方法及系統。所述方法包括首先通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗，在通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗的同時，圖像采集設備實時采集樣品的表面形態，并根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈：如未清洗干凈，繼續通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗；如清洗干凈，關閉皮秒脈沖激光，通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理；在黑化處理的同時，圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，當樣品表面完全黑化之后，關閉飛秒激光，即完成焊前材料表面的預處理。本方法可以使樣品對光的強反射作用消失，在表面形成微納結構，大大提高了激光焊接過程中材料對激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和質量。

Method and system for pretreating material surface before laser welding

Method and system for pretreating material surface before laser welding. The method comprises the steps of cleaning the surface of the sample by laser pulse in the picosecond, picosecond pulse laser cleaning on the sample surface, the surface morphology of the sample image acquisition equipment acquisition, and according to the sample surface morphology determine the sample surface is clean: if not clean, to clean the laser pulse through the sample surface PS; such as clean, close by picosecond pulse laser, femtosecond laser for blackening on the sample surface; in the blackening process at the same time, the image acquisition device for real-time monitoring of sample surface blackening, when the sample surface is completely closed melanization, femtosecond laser, complete the pretreatment of material surface before welding. This method can make the sample disappear strong reflection effects on light, micro nano structure on the surface, greatly improving the laser welding process of material on laser absorption efficiency, effectively improve the efficiency and quality of laser welding.

【技術實現步驟摘要】
一種激光焊前材料表面的預處理方法及系統
本專利技術涉及一種激光焊前材料表面的預處理方法及系統，具體涉及一種在激光焊之前材料表面的飛秒/皮秒脈沖激光復合預處理方法及預處理系統。
技術介紹
在航天、高鐵等產品中需要應用大量的高強合金零件，其焊接方式是航天、高鐵研究中的一個重要方向。激光焊接具有無機械接觸，焊接速度快，生產效率高等優點，得到了越來越多的關注。激光焊接前對焊接材料的處理又是影響激光焊接效果的一個關鍵因素。合金表面的油污、氧化膜等附著物會影響焊接質量和效率。焊前去除合金材料的附著物是防止產生氣孔、夾渣的重要步驟。目前，焊前對材料的預處理方式主要是指對材料的清洗。傳統的清洗方式主要包括化學清洗和手工打磨。化學清洗一般是指酸洗，該過程能夠有效清除基材表面的氧化膜和油污，但是該方法對環境污染嚴重。而手工打磨的方法工作效率低、成本高、工作環境惡劣、容易損傷基底材料表面、不能滿足大批量生產的要求。除此之外，還可以采用激光清洗的方式。激光清洗是將高能激光投射到物理表面，使材料表面的附著物瞬時蒸發、燒蝕或剝離，是一種新型的表面處理技術。相比于傳統的清洗方式，激光清洗更加高效環保。目前激光清洗一般都是采用基于調Q技術的納秒脈沖清洗。但是不論采用哪一種清洗方式，對材料的處理都是單一的，清洗后獲得的材料基材對激光反射率較高、激光吸收率較低，將影響激光焊接效率。
技術實現思路
本專利技術的第一專利技術目的是提供一種激光焊前材料表面的預處理方法。該方法可通過對焊前材料表面的預處理提高激光焊接質量和效率。本專利技術實現其第一專利技術目的所采取的技術方案是：一種激光焊前材料表面的預處理方法，包括首先通過皮秒脈沖激光對材料樣品表面進行清洗，其特征在于：在通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗的同時，圖像采集設備實時采集樣品的表面形態，并根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈：如未清洗干凈，繼續通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗；如清洗干凈，關閉皮秒脈沖激光，通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理；在通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理的同時，圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，當樣品表面完全黑化之后，關閉飛秒激光，即完成焊前材料表面的預處理。與現有技術相比，本專利技術方法的有益效果是：本專利技術方法首先通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗；去除樣品表面會影響焊接質量和效率的油污、氧化膜等附著物，然后進一步通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理，黑化處理不僅可以使樣品表面對光的強反射作用消失，提高激光焊接的效率和質量；同時黑化處理又可以在樣品表面形成微納結構，增大表面積，使金屬材料散熱性更好，進一步提高激光焊接質量。總之，利用皮秒脈沖激光清洗和飛秒激光黑化對焊前材料表面復合預處理，大大提高激光焊接過程中材料對激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和質量。進一步，本專利技術方法所述根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈是通過計算機軟件智能判斷。進一步，本專利技術方法所述圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，判斷是否完全黑化是通過計算機軟件智能判斷。這樣，直接通過計算機軟件智能判斷樣品表面清洗情況和黑化情況，整個過程中無需人工干預，大大提高了工作效率，降低了預處理成本。本專利技術的第二專利技術目的是提供一種可實現上述預處理方法的激光焊前材料表面的預處理系統。該預處理系統不僅可以對材料表面進行激光清洗，而且同時可在清洗之后通過對材料表面進行黑化處理，以達到材料表面的復合處理，提高激光焊接質量和效率。本專利技術實現其第二專利技術目的所采取的技術方案是：一種激光焊前材料表面的預處理系統，包括激光處理模塊，其結構特點是：所述激光處理模塊包括對樣品表面進行清洗的激光清洗子模塊和對樣品表面進行黑化的激光黑化子模塊；激光清洗子模塊和激光黑化子模塊之間通過智能控制模塊控制切換，所述智能控制模塊包括圖像采集子模塊、智能判斷子模塊和控制子模塊；所述圖像采集子模塊用于采集樣品表面形態并傳輸給智能判斷子模塊；所述智能判斷子模塊用于根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈；所述控制子模塊根據智能判斷子模塊判斷的結果控制激光清洗子模塊和激光黑化子模塊之間的控制切換。本專利技術系統的工作方法是：首先打開激光處理模塊的激光清洗子模塊，對樣品表面進行清洗；在清洗的同時，智能控制模塊的圖像采集子模塊實時采集樣品表面形態并傳輸給智能判斷子模塊；智能判斷子模塊根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈；如果清洗干凈了，智能控制模塊的控制子模塊關閉激光清洗子模塊，打開激光處理模塊的激光黑化子模塊，對樣品表面進行黑化處理；如果未清洗干凈，智能控制模塊的控制子模塊不動作，激光清洗子模塊繼續對樣品表面進行清洗，直至清洗干凈，再切換至激光黑化子模塊。激光黑化子模塊在對樣品表面進行黑化處理的同時，智能控制模塊的圖像采集子模塊實時采集樣品表面形態并傳輸給智能判斷子模塊；智能判斷子模塊根據樣品表面形態判斷樣品表面是完全黑化；如果完全黑化了，智能控制模塊的控制子模塊關閉激光黑化子模塊，完成激光焊前材料表面的預處理；如果未完全黑化，智能控制模塊的控制子模塊不動作，激光黑化子模塊繼續對樣品表面進行黑化處理，直至樣品表面完全黑化，再關閉激光黑化子模塊。與現有技術相比，本技術方案的有益效果是：本技術方案將通過激光對材料表面進行清洗和黑化復合化，首先通過激光對材料表面進行清洗，去除材料表面會影響焊接質量和效率的油污、氧化膜等附著物，然后進一步通過激光對樣品表面進行黑化處理，黑化處理不僅可以使樣品對光的強反射作用消失，提高激光焊接的效率和質量；同時黑化處理又可以在樣品表面形成微納結構，使金屬材料散熱性更好，進一步提高激光焊接質量。總之，利用激光清洗和激光黑化對焊前材料表面復合預處理，大大提高激光焊接過程中材料對激光的吸收效率，有效地提高了激光焊接效率和質量。本技術方案利用智能控制模塊的圖像采集子模塊實時采集樣品表面形態并傳輸給智能判斷子模塊，然后通過智能判斷子模塊判斷樣品表面的清洗情況和黑化情況，從而通過控制子模塊控制激光清洗子模塊和激光黑化子模塊的切換和開閉，整個過程中無需人工干預，大大提高了工作效率，降低了預處理成本。進一步，本專利技術系統所述激光清洗子模塊提供皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗，所述激光黑化子模塊提供飛秒脈沖激光對樣品表面進行黑化。相比于納秒脈沖，皮秒脈沖激光的脈沖寬度更窄，可獲得更高的峰值功率。因此本專利技術系統激光清洗子模塊采用皮秒脈沖激光用于清洗樣品表面，相比于納秒脈沖激光，所需要的激光能量更低。另外，本專利技術系統采用飛秒脈沖激光對樣品表面進行黑化處理，飛秒激光的脈沖寬度很短，即激光與物質的相互作用時間短，對材料的熱影響小；這樣材料本身的溫度不會因為飛秒激光的作用而升高，避免了材料在受熱情況下再次形成氧化膜，破壞清洗的效果。進一步，本專利技術系統所述激光清洗子模塊包括皮秒脈沖激光器，激光黑化子模塊包括飛秒脈沖激光器，所述激光清洗子模塊和激光黑化子模塊均包括激光輸出光纖、將激光輸出光纖輸出的激光進行準直的準直透鏡，控制激光光束作用于樣品表面上的位置和掃描速度的掃描振鏡和將激光聚焦入射到樣品上的匯聚透鏡。這樣，皮秒脈沖激光器和飛秒脈沖激光器輸出的激光依次通過激光輸出光纖、準直透鏡、掃描振鏡和匯聚透鏡；利用準直透鏡可以減小光纖輸出的激光的發散角，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光焊前材料表面的預處理方法，包括首先通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗，其特征在于：在通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗的同時，圖像采集設備實時采集樣品的表面形態，并根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈：如未清洗干凈，繼續通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗；如清洗干凈，關閉皮秒脈沖激光，通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理；在通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理的同時，圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，當樣品表面完全黑化之后，關閉飛秒激光，即完成焊前材料表面的預處理。

【技術特征摘要】
1.一種激光焊前材料表面的預處理方法，包括首先通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗，其特征在于：在通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗的同時，圖像采集設備實時采集樣品的表面形態，并根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈：如未清洗干凈，繼續通過皮秒脈沖激光對樣品表面進行清洗；如清洗干凈，關閉皮秒脈沖激光，通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理；在通過飛秒激光對樣品表面進行黑化處理的同時，圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，當樣品表面完全黑化之后，關閉飛秒激光，即完成焊前材料表面的預處理。2.根據權利要求1所述的一種激光焊前材料表面的預處理方法，其特征在于：所述根據樣品表面形態判斷樣品表面是否清洗干凈是通過計算機軟件智能判斷。3.根據權利要求1所述的一種激光焊前材料表面的預處理方法，其特征在于：所述圖像采集設備實時監測樣品表面的黑化情況，判斷是否完全黑化是通過計算機軟件智能判斷。4.一種激光焊前材料表面的預處理系統，包括激光處理模塊，其特征在于：所述激光處理模塊包括對材料的樣品(500)表面進行清洗的激光清洗子模塊(100)和對樣品(500)表面進行黑化的激光黑化子模塊(200)；激光清洗子模塊(100)和激光黑化子模塊(200)之間通過智能控制模塊(300)控制切換，所述智能控制模塊(300)包括圖像采集子模塊(310)、智能判斷子模塊(320)和控制子模塊(330)；所述圖像采集子模塊(310)用于采集樣品(500)表面形態并傳輸給智能判斷子模塊(320)；所述智能判斷子模塊(320)用于根據樣品(500)表面形態判斷樣品(500)表面是否清洗干凈；所述控制子模塊(330)根據智能判斷子模塊(320)判斷的結果控制激光清洗子模塊(100)和激光黑化子模塊(200)之間的控制切換。5.根據權利要求4所述的一種激光焊前材料表面的預處理系統，其特征在于：所述激光清洗子模塊(100)提供皮秒脈沖激光對樣品(500)表面進行清洗，所述激光黑化子模塊(200)提供飛秒脈沖激光對樣品(500)表面進行黑化。6.根據權利要求5所述的一種激光焊前材料表面的預處理系統，其特征在于：所述激光清洗子模塊(100)包括皮秒脈沖激光器(110)，激光黑化子模塊(200)包括飛秒脈沖激光器(210)，所述激光清洗子模塊(100)和激光黑化子模塊(200)均包括激光輸出光纖(102)、將激光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪莎，陳輝，朱宗濤，
申請(專利權)人：四川廣正科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51