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激光微型焊接铜材料技术

编辑:天津大桥焊材集团有限公司   时间:2013/04/03   字号:
摘要:激光微型焊接铜材料技术
为了完成电接触而衔接导电零件是最经常见的焊策应用之一。它普及简直一切的工业使用场所,如汽车、电气和电子设备,以及医疗设备。所采用的衔接技能需求综合思索到本钱、焊接功能以及产量。跟着零件尺寸不时减少以及功能要求的逐渐进步,一切传统的衔接技能,如压接、热焊接和钎焊都不再合用。比拟之下,定位焊接凭仗着焊点完好、结实且传导功能优越等优势,很快成为必备的规范焊接技能。
首选的资料是铜,由于它可以有用地传导能量和传输旌旗灯号。铜的资料特征使它十分合适作为导体,然则很难被焊接。此外,因为零件尺寸变小,接点曾经到达“微型焊接”尺寸,如许,焊接的难度就更大了。
铜的微型焊接给这些小型导电零件的热均衡节制带来宏大的应战——由于必需要包管焊接的质量,还确保不会过热或许受热缺乏。制造商们可否还知足这些要求呢?是的,应用波长为532 nm的绿色激光焊机就可以完成。在评论当前各类可选的焊接技能以前,我们先界说一下微型焊接:微型焊接是两种资料的接合,个中至少一种资料的厚度小于0.02英寸。当前可选的技能包罗:超声波焊接技能,电阻焊接技能和激光焊接技能。
超声波焊接技能是一种有用的焊接技能,被用来衔接铜板和其他零件;但是,这是一个机械衔接的进程,它受限于零件的机械力、接口特点、接点的几何外形,以及分歧零件的外形组合。
电阻焊接技能是一种实在可行的技能,然则,它遭到接点外形的限制,而且需求购置小型传导电极,还需求维护。
由于超声波焊接和电阻焊接两种技能都需求与零件直接接触以发生接点,总的焊接工夫等于制动周期加上焊接工夫。关于大规划制造业来说,这意味着很多的工夫推迟。
与此相反,激光焊接是一个非接触的加工进程,只需求单向加工。它可以加工很小的面积,焊接各类分歧外形的零件。看起来似乎很合适铜资料的焊接,然则,这里还有一个问题。在波长1064 nm处,铜资料的反射率大于90%。因而,为了克制初始反射率高的问题,就需求很大的功率密度。一旦激光接触到资料,资料开端熔化,反射率就会敏捷下降。初始时所需求的功率密度弘远于焊接时所需求的功率,招致资料过热蒸发,在焊点处孔隙率过高,或许构成一个空泛。
很多分歧的技能已被用来克制这个反射率的问题,包罗脉冲整形、应用氧气辅佐,以及采用反射率小的覆层金属。
激光整形技能并不是很牢靠,由于铜以及其他导电零件的反射率存在必然的转变,如许减小激光功率的工夫点也需求响应的进行转变。当前,已有技能人员测验应用反应技能来估量这个工夫点,然则,这些实验并没有成功。应用氧气作为辅佐气体,大大地进步了线形铜焊接中激光的穿透率,由于待焊接的零件上被掩盖了一层氧化物薄膜。然则,该技能并不合用于点焊接,由于氧气的辅佐效果必需在延续几个脉冲走过之后才干展现出来,如许,在单个点或许短焊缝的焊接中,该技能就无法供应牢靠的后果。采用反射率较小的覆层,比方镍或许锡,确实可以降低初始的反射率,然则,它无法完全处理问题,由于在激光与铜效果的进程中,依然需求很大的能量使得激光耦合到铜资料。因而,微型焊接的可加工局限就十分小。
为了在铜资料外表构成优越、稳定的激光焊接点,就找出障碍优越焊接的基本缘由——资料反射率。当波长从1064 nm变为532 nm时,铜以及其他资料的反射率就大大减小了(见表1)。采用532 nm波长的激光使得激光光束继续耦合到铜资料上,而且不变了焊接进程。图1给出了采用1064 nm和532 nm激光对没有镀层的铜资料进行焊接后的后果比照。采用532 nm激光时在铜资料上的焊接结果,可与1064 nm激光在钢资料上的焊接后果相媲美。
为了对铜资料成功地进行微型焊接,必需采用波长为532 nm的绿色激光。完成该波长可以有两种方法,最经常见的办法是应用调Q激光器,然则如许的激光器没有足够的脉冲能量进行焊接。更新型的技能是采用Nd:YAG脉冲激光器,它所获得的532 nm激光,峰值功率到达1.5 kW,脉宽5 ms。这就供应了足够的焊接能量,可以穿透厚度达350微米的铜板。如许的能量,在大大都微型焊策应用中曾经足够了。采用由光纤传输的Nd:YAG脉冲激光的另一项益处是光束的亮度低,这进步了焦斑驳处接收光的水平,防止了在焊点中间构成过热点而发生不不变性。
很多的使用范畴
产物中的电气衔接在其尺寸、外形与资料上存在着很大的区别。因而,这里给出了一些例子来阐明532 nm激光焊接的功能和优势。
半导体衔接 图2中给出了焊接到金属板上的0.0015英寸厚的镀金铜线。因为铜线横向比拟宽,然则厚度很小,所以必需用一个尺寸相对较大的光斑来进行焊接。在这种状况下,具有长脉宽和低峰值功率的激光可以供应较好的能量流,并且光束的低亮度使得扁平的铜线在整个横向的宽度上都获得平均的加热。
平面与圆型端点的衔接 激光加东西有高度的灵敏性,特殊是当加工的接点以及两头的几何外形分歧时更为有利。图3给出了侧向为矩形的镀金铜制衔接器与镀银铜线之间的焊接点。焊接点呈“烟斗”状,线的一端与顶端之间构成焊点。激光光束与铜线的圆型顶端以及铜板平面之间的耦合使得整个焊接进程十分牢靠。相同的,因为激光光束的亮度低,使得整个加工进程更有利于零件的接合。
线到平面的衔接 另一种焊接构型是焊接实心和成束的线。当线被焊接到薄板上时,线与板子都必需还不时对激光能量进行接收,以包管焊点的固定性(图4)。相似的,当焊接成束的线时,必需节制线的散布,以确保整束线对激光的接收。
框架的焊接 在大规划出产中,若要焊接框架上的分歧接点,其要害就是焊接质量和焊接速度。因为激光焊接是一个非接触式的进程,它十分有利于大规划的出产加工。在整合了激光光束的挪动后,它可以在一秒钟内获得很多个焊点(见图5)。
分歧资料之间的焊接 当焊接的资料有分歧的接收率时,常常呈现的状况是:接收率大的资料过热,招致资料飞溅或许发生孔洞。凡间,克制这个问题的方法是加工时倾向个中一种资料。然则,关于小型零件来说,即便很细小的接收不均也会招致焊接过热。假如采用波长为532 nm的激光,因为两个零件的反射率更为接近,就可以完成焊接进程的能量均衡,然后大大进步可焊接率(如图6)。
铜资料的焊接是一个比拟坚苦的工序,而微型铜焊接使得该加工的难度更大。激光焊接是完成铜资料的接合进程的一项适用技能,它采用非接触式的加工方法,非常合用于主动化的加工进程。但是,铜在1064 nm波优点的反射率很高,障碍了激光加工的完成。为了克制这个坚苦,我们采用532 nm波长的绿色Nd:YAG激光焊机,它为铜资料和其他导电资料的大规划微型焊接供应了卓有成效的办法。

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