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激光焊接技术中的工艺分析

一、激光焊接的工艺参数:
  1、功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在104~106W/cm2。
  2、激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。
  3、激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
  4、离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离焦,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。 离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离做文章一相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,形成液相金属并出现问分汽化,形成市压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。
  二、激光焊接工艺方法:
  1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。
  2、丝与丝的焊接。包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。
  3、金属丝与块状元件的焊接。采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接,块状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。
  4、不同金属的焊接。焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。 激光钎焊 有些元件的连接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作为热源,施行软钎焊与硬钎焊,同样具有激光熔焊的优点。采用钎焊的方式有多种,其中,激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接,尤其实用于片状元件组装技术。
  三、采用激光软钎焊与其它方式相比有以下优点:
  1、由于是局部加热,元件不易产生热损伤,热影响区小,因此可在热敏元件附近施行软钎焊。
  2、用非接触加热,熔化带宽,不需要任何辅助工具,可在双面印刷电路板上双面元件装备后加工。
  3、重复操作稳定性好。焊剂对焊接工具污染小,且激光照射时间和输出功率易于控制,激光钎焊成品率高。
  4、激光束易于实现分光,可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时间与空间分割,能实现多点同时对称焊。
  5、激光钎焊多用波长1.06um的激光作为热源,可用光纤传输,因此可在常规方式不易焊接的部位进行加工,灵活性好。
  6、聚焦性好,易于实现多工位装置的自动化。
  四、激光深熔焊:
  1、冶金过程及工艺理论。 激光深熔焊冶金物理过程与电子束焊极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度光束照射下,材料产生蒸发形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体,几乎全部吸收入射光线的能量,孔腔内平衡温度达25000度左右。热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周即围着固体材料。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。

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