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激光微型焊接銅材料技術

編輯:天津大橋焊材集團有限公司   時間:2013/04/03   字號:
摘要:激光微型焊接銅材料技術
為了完成電接觸而銜接導電零件是最經常見的焊策應用之一。它普及簡直一切的工業使用場所,如汽車、電氣和電子設備,以及醫療設備。所采用的銜接技能需求綜合思索到本錢、焊接功能以及產量。跟著零件尺寸不時減少以及功能要求的逐漸進步,一切傳統的銜接技能,如壓接、熱焊接和釬焊都不再合用。比擬之下,定位焊接憑仗著焊點完好、結實且傳導功能優越等優勢,很快成為必備的規范焊接技能。
首選的資料是銅,由于它可以有用地傳導能量和傳輸旌旗燈號。銅的資料特征使它十分合適作為導體,然則很難被焊接。此外,因為零件尺寸變小,接點曾經到達“微型焊接”尺寸,如許,焊接的難度就更大了。
銅的微型焊接給這些小型導電零件的熱均衡節制帶來宏大的應戰——由于必需要包管焊接的質量,還確保不會過熱或許受熱缺乏。制造商們可否還知足這些要求呢?是的,應用波長為532 nm的綠色激光焊機就可以完成。在評論當前各類可選的焊接技能以前,我們先界說一下微型焊接:微型焊接是兩種資料的接合,個中至少一種資料的厚度小于0.02英寸。當前可選的技能包羅:超聲波焊接技能,電阻焊接技能和激光焊接技能。
超聲波焊接技能是一種有用的焊接技能,被用來銜接銅板和其他零件;但是,這是一個機械銜接的進程,它受限于零件的機械力、接口特點、接點的幾何外形,以及分歧零件的外形組合。
電阻焊接技能是一種實在可行的技能,然則,它遭到接點外形的限制,而且需求購置小型傳導電極,還需求維護。
由于超聲波焊接和電阻焊接兩種技能都需求與零件直接接觸以發生接點,總的焊接工夫等于制動周期加上焊接工夫。關于大規劃制造業來說,這意味著很多的工夫推遲。
與此相反,激光焊接是一個非接觸的加工進程,只需求單向加工。它可以加工很小的面積,焊接各類分歧外形的零件。看起來似乎很合適銅資料的焊接,然則,這里還有一個問題。在波長1064 nm處,銅資料的反射率大于90%。因而,為了克制初始反射率高的問題,就需求很大的功率密度。一旦激光接觸到資料,資料開端熔化,反射率就會敏捷下降。初始時所需求的功率密度弘遠于焊接時所需求的功率,招致資料過熱蒸發,在焊點處孔隙率過高,或許構成一個空泛。
很多分歧的技能已被用來克制這個反射率的問題,包羅脈沖整形、應用氧氣輔佐,以及采用反射率小的覆層金屬。
激光整形技能并不是很牢靠,由于銅以及其他導電零件的反射率存在必然的轉變,如許減小激光功率的工夫點也需求響應的進行轉變。當前,已有技能人員測驗應用反應技能來估量這個工夫點,然則,這些實驗并沒有成功。應用氧氣作為輔佐氣體,大大地進步了線形銅焊接中激光的穿透率,由于待焊接的零件上被掩蓋了一層氧化物薄膜。然則,該技能并不合用于點焊接,由于氧氣的輔佐效果必需在延續幾個脈沖走過之后才干展現出來,如許,在單個點或許短焊縫的焊接中,該技能就無法供應牢靠的后果。采用反射率較小的覆層,比方鎳或許錫,確實可以降低初始的反射率,然則,它無法完全處理問題,由于在激光與銅效果的進程中,依然需求很大的能量使得激光耦合到銅資料。因而,微型焊接的可加工局限就十分小。
為了在銅資料外表構成優越、穩定的激光焊接點,就找出障礙優越焊接的基本緣由——資料反射率。當波長從1064 nm變為532 nm時,銅以及其他資料的反射率就大大減小了(見表1)。采用532 nm波長的激光使得激光光束繼續耦合到銅資料上,而且不變了焊接進程。圖1給出了采用1064 nm和532 nm激光對沒有鍍層的銅資料進行焊接后的后果比照。采用532 nm激光時在銅資料上的焊接結果,可與1064 nm激光在鋼資料上的焊接后果相媲美。
為了對銅資料成功地進行微型焊接,必需采用波長為532 nm的綠色激光。完成該波長可以有兩種方法,最經常見的辦法是應用調Q激光器,然則如許的激光器沒有足夠的脈沖能量進行焊接。更新型的技能是采用Nd:YAG脈沖激光器,它所獲得的532 nm激光,峰值功率到達1.5 kW,脈寬5 ms。這就供應了足夠的焊接能量,可以穿透厚度達350微米的銅板。如許的能量,在大大都微型焊策應用中曾經足夠了。采用由光纖傳輸的Nd:YAG脈沖激光的另一項益處是光束的亮度低,這進步了焦斑駁處接收光的水平,防止了在焊點中間構成過熱點而發生不不變性。
很多的使用范疇
產物中的電氣銜接在其尺寸、外形與資料上存在著很大的區別。因而,這里給出了一些例子來闡明532 nm激光焊接的功能和優勢。
半導體銜接 圖2中給出了焊接到金屬板上的0.0015英寸厚的鍍金銅線。因為銅線橫向比擬寬,然則厚度很小,所以必需用一個尺寸相對較大的光斑來進行焊接。在這種狀況下,具有長脈寬和低峰值功率的激光可以供應較好的能量流,并且光束的低亮度使得扁平的銅線在整個橫向的寬度上都獲得平均的加熱。
平面與圓型端點的銜接 激光加東西有高度的靈敏性,特殊是當加工的接點以及兩頭的幾何外形分歧時更為有利。圖3給出了側向為矩形的鍍金銅制銜接器與鍍銀銅線之間的焊接點。焊接點呈“煙斗”狀,線的一端與頂端之間構成焊點。激光光束與銅線的圓型頂端以及銅板平面之間的耦合使得整個焊接進程十分牢靠。相同的,因為激光光束的亮度低,使得整個加工進程更有利于零件的接合。
線到平面的銜接 另一種焊接構型是焊接實心和成束的線。當線被焊接到薄板上時,線與板子都必需還不時對激光能量進行接收,以包管焊點的固定性(圖4)。相似的,當焊接成束的線時,必需節制線的散布,以確保整束線對激光的接收。
框架的焊接 在大規劃出產中,若要焊接框架上的分歧接點,其要害就是焊接質量和焊接速度。因為激光焊接是一個非接觸式的進程,它十分有利于大規劃的出產加工。在整合了激光光束的挪動后,它可以在一秒鐘內獲得很多個焊點(見圖5)。
分歧資料之間的焊接 當焊接的資料有分歧的接收率時,常常呈現的狀況是:接收率大的資料過熱,招致資料飛濺或許發生孔洞。凡間,克制這個問題的方法是加工時傾向個中一種資料。然則,關于小型零件來說,即便很細小的接收不均也會招致焊接過熱。假如采用波長為532 nm的激光,因為兩個零件的反射率更為接近,就可以完成焊接進程的能量均衡,然后大大進步可焊接率(如圖6)。
銅資料的焊接是一個比擬堅苦的工序,而微型銅焊接使得該加工的難度更大。激光焊接是完成銅資料的接合進程的一項適用技能,它采用非接觸式的加工方法,非常合用于主動化的加工進程。但是,銅在1064 nm波優點的反射率很高,障礙了激光加工的完成。為了克制這個堅苦,我們采用532 nm波長的綠色Nd:YAG激光焊機,它為銅資料和其他導電資料的大規劃微型焊接供應了卓有成效的辦法。
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