雷射焊接技术.ppt

二、精密仪表的雷射焊接 挠性接头是挠性陀螺的最关键零件，内、外两层接头形状复杂，容易损坏，不能受到冲击，稍有碰撞便不能使用，总之要轻拿轻放。内、外两层接头要求转过、焊成一体才能使用。 雷射焊接挠性接头。由于零件很小，能够承受的热量不大，加到零件上的雷射能量过大时，会使工件整体升温，引起机械连接处产生塑性变形，使之失去弹性，造成零件损坏。 華日溶科技 图3.32(a)中的焊缝可以垂直工件表面焊接，图3.32(b)中的焊缝工件有台阶结构，所以将激光束调整到左右角度，倾斜入射，焊接效果更好。 一般选用瞬时功率在105～107W/cm2，雷射平均功率在50～80W之间，重复频率10～35Hz，脉冲宽度在3～7ms之间，焊接速度在5mm/s，焊缝质量较好，焊接时不需要添加任何焊剂和焊料，焊接完成后工件变形小，热影响区也小，一般熔深在0.3～0.5mm左右，焊缝的金相组织为麻田散体，测试硬度、抗拉强度均达到标准要求。 華日溶科技 图3.32　雷射焊接挠性陀螺接头示意 華日溶科技 为了使雷射焊接效果好，当密封程序选择了雷射焊接技术时，焊缝处的结构形状最好要有适当的修改，以适应雷射焊接的需要。首先焊缝处两个部份工件的对接处间隙要小，如果是圆柱形工件，配合部份要选稍紧的滑动配合，否则焊后难密封。如图3.33(a)所示为两部份工件简单对接， 对接部份因机械加工精度误差会造成对接间隙，焊接过程雷射引起的火花，可能会喷进仪表内部造成电路损伤。最好焊接部份要有止口结构，而且承受雷射处的形状设计为图3.33(b)所示的结构，焊缝两边各有一条凹槽，其作用是限制雷射热量向两边传导，强迫雷射热量向焊缝深处传导，这样焊接效果更好，焊后雷射熔道平整光滑，止口得到了保护仪表内部零件，不会被雷射火花所伤害的作用。 華日溶科技 图3.33　焊接处止口结构 華日溶科技 为了达到雷射焊接后密封良好的效果，还应注意考虑以下因素。焊缝处零件表面清洁，不能存在油污、棉絮等有机物，甚至焊缝处材料的杂质也会造成局部漏气，雷射焊接性能稳定可靠，雷射参数能够大范围的调节，聚焦透镜焦距的选择和离焦量的选择都有关系，保护气体的种类和吹气压力、流量也需注意，工件的机械加工精度、设计上的尺寸、公差的选择、零件焊接前的清洁方法都是与密封效果有关的因素。 类似要求雷射密封焊接的仪表零件有小型继电器、石英振子、心脏起搏器、助听器、各类传感器等。 華日溶科技 图3.34　光纤通讯组件的雷射焊接装置 華日溶科技 三、仪表电器外壳密封焊接 太空航空系统广泛使用的陀螺仪表、继电器、石英振子、半导体组件、加速度计、核燃料盒等，密封焊接之后，大多要求内部为真空状态，漏气率小于～Pa．L/s，漏气率需用质谱仪检测，除了用YAG雷射焊接之外，任何传统方法都不能达到上述要求。 脉冲宽度和脉冲形状对雷射焊接陀螺仪表是一项重要参数，未经成形的激光脉冲，不适合于特殊焊接。 单脉冲能量大小也是一项重要参数，对于一台雷射焊接机而言，单脉冲能量与激光脉冲重复频率有关系。一般对仪表零件密封焊接时，单脉冲能量需要大于3J，否则熔化区较浅，如果熔深小于0.2mm，尽管焊缝外观平整，气密性也不好。一般常用激光脉冲能量在5～6J时，熔深0.3～0.5mm，焊接效果比较好。 華日溶科技 激光脉冲重复频率一方面决定生产率即焊接速度，实际重点考虑的还是焊接质量，一般常用15～35Hz，还要求雷射焊接的平均功率大小，当脉冲频率高时，需要的脉冲能量可以减少，两脉冲之间的时间间隔短，前一个脉冲能量产生热量导致的温升还没降低，后面脉冲能量又作用上去，使得材料熔化所需的能量会适当降低。 在一定重复频率之下，只有降低重迭率才能有更高的焊接速度，每一个激光脉冲在焊缝处都产生一个半球形熔斑，只有光斑重迭率在60%～70%时气密封性才好。 离焦量的大小在于控制雷射功率密度，一般需在104～106W/cm2，使雷射作用于金属表面适合于焊接，主要引起焊缝处熔化，而不是汽化。 实现密封焊接还需选用恰当的保护气体，惰性气体可以防止熔道表面氧化变黑，焊接陀螺仪表常用氩气或氮气，氩气效果好，使焊缝白亮，但价格高。 華日溶科技 4.3　雷射焊接在汽车制造业中的应用 雷射焊接是在汽车制造业中，使用最多的雷射加工技术，最早用在汽车变速箱齿轮组的焊接，采用2～3kW的连续CO2激光器，再配备必要的清洗、压紧、转动台、激光器、水冷系统、导光系统、保护气体系统以及在线检测设备，整套设备运转起来加工速度很快。 汽车制造业大量采用雷射搭焊薄钢板和不等厚钢板，充分利用雷射焊缝性能优良的特性，焊接后再冲压成型，不会开裂。 图3.35是汽车侧门不等厚钢材搭焊的例子，由最佳组合的几块板材焊接而成，经一次冲压后成为车门零件，一方面提高了车身的精度，与老技术相比，使多个冲片一体化减少了许多冲模，所以不