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激光焊接領(lǐng)域的特殊技術(shù)----激光精密焊接

提到激光焊接，相信大家都不陌生了，現(xiàn)在汽車制造領(lǐng)域，激光焊接的車身強(qiáng)度比普通焊接強(qiáng)度要高出一大截，而這種激光焊接和很多常見的焊接技術(shù)都是比較粗狂的焊接，在很多精密制造領(lǐng)域，一些高精度的精密焊接才是焊接技術(shù)的極致，今天和大家介紹一下在電子制造領(lǐng)域的超精密焊接技術(shù)。

激光焊接薄板異種材料時(shí)，極易出現(xiàn)虛焊、裂紋、連接強(qiáng)度低等問題，這是由于兩者的物理性能差異大，互溶度低，且極易生成脆性化合物，這些化合物使焊接頭的力學(xué)性能大大降低。選用高光束質(zhì)量的納秒級(jí)激光通過高速掃描方式，精準(zhǔn)的控制熱輸入抑制金屬間化合物的形成，實(shí)現(xiàn)異種金屬薄板搭接，改善焊縫成形及力學(xué)性能。

1064nm波長(zhǎng)的焊接效果

高反材料的激光精密點(diǎn)焊方式

316L不銹鋼與6063鋁合金焊接強(qiáng)度測(cè)試

焊縫表面成型

創(chuàng)鑫激光焊接工程師根據(jù)多次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出了在消費(fèi)電子的生產(chǎn)制造過程中，高反材料、金屬薄板、異種材料等不同材料應(yīng)使用何種方式進(jìn)行激光精密點(diǎn)焊，方能得出好的焊接效果。

創(chuàng)鑫激光的準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器、MOPA脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器因具有高光束質(zhì)量、高峰值功率、可調(diào)可控制等優(yōu)點(diǎn)，成為激光精密點(diǎn)焊的理想光源。

焊接鋁、銅等高反材料時(shí)，不同的焊接波形對(duì)焊接質(zhì)量影響很大。利用帶有前置尖峰的激光波形，可突破高反射率屏障，瞬間的高峰值功率可以迅速改變金屬表面狀態(tài)，使其溫度上升至熔點(diǎn)，從而降低金屬表面的反射率，提高能量的利用率。另外，由于銅鋁等材料導(dǎo)熱速度快，故利用緩降波形，可以優(yōu)化焊點(diǎn)外觀。

調(diào)制方式

焊縫截面

金屬薄板材料的激光精密點(diǎn)焊方式

目前，激光精密點(diǎn)焊主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品的殼體、屏蔽罩、USB接頭、導(dǎo)電貼片等，具有熱變形小、作用區(qū)域和位置精確可控、焊接品質(zhì)高、能實(shí)現(xiàn)異種材料焊接、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)。但焊接不同材料時(shí)，需要采用的不同的焊接方式。

近年來，隨著消費(fèi)電子市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，電子產(chǎn)品制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的加工方式容易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、零件熔毀、難以形成正常熔核，成品率低。而激光加工技術(shù)的出現(xiàn)，可以快速的為電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造商們解決這些難題。高端電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，激光加工在產(chǎn)品的體積優(yōu)化以及品質(zhì)提升方面起到了重大的作用，使產(chǎn)品更輕巧纖薄，穩(wěn)固性更好。據(jù)悉，約70％的電子產(chǎn)品加工制造環(huán)節(jié)都應(yīng)用到激光技術(shù)（超過20種不同的工藝）及相關(guān)的制造設(shè)備。

該產(chǎn)品具有多樣兼容性與控制模式，可切換脈沖及連續(xù)模式，并同時(shí)處理以往兩個(gè)不同激光器的加工任務(wù)，脈寬波形靈活可調(diào)，散熱快，電光轉(zhuǎn)換率30％以上，是長(zhǎng)脈寬，高峰值功率應(yīng)用的又一選擇。

高頻脈沖點(diǎn)焊表面成型

傳統(tǒng)毫秒級(jí)激光器在焊接金屬薄板材料時(shí)，材料易被擊穿且焊點(diǎn)較大；而高反材料因其自身的不穩(wěn)定性以及在固態(tài)時(shí)對(duì)激光的吸收率低，焊接時(shí)常出現(xiàn)爆點(diǎn)、虛焊等現(xiàn)象。為了解決薄板及高反金屬焊接難點(diǎn)，通過對(duì)光纖激光器QCW／CW模式分別進(jìn)行模擬量和數(shù)字調(diào)制，觸發(fā)一次可以實(shí)現(xiàn)N個(gè)脈沖輸出，以較小的功率實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)多脈沖焊接。

120W MOPA脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器

532nm波長(zhǎng)的焊接效果

另一方面，金、銀、銅、鋼等材料對(duì)激光吸收率隨波長(zhǎng)增大而減小，對(duì)于銅而言，當(dāng)激光波長(zhǎng)為532nm時(shí)，銅的吸收率接近40％。對(duì)比分析紅外激光器和綠光激光器特征可知，紅外激光器光斑尺寸較大，焦深短，紫銅對(duì)其吸收率低；綠光激光器光斑尺寸小，焦深長(zhǎng)，紫銅對(duì)其吸收率高。分別采用紅外激光器和綠光激光器對(duì)紫銅進(jìn)行脈沖點(diǎn)焊，可以發(fā)現(xiàn)紅外激光器焊后焊點(diǎn)大小不一致，而綠光激光器焊點(diǎn)大小更均勻，深度一致，表面光滑（圖1－2）。采用綠光激光焊接效果更穩(wěn)定，所需峰值功率會(huì)比紅外激光器低一半以上。

異種材料的激光精密點(diǎn)焊方式

掃描方式

脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器采用MOPA構(gòu)造兩級(jí)放大，脈寬和頻率獨(dú)立可調(diào)，使得更多激光應(yīng)用成為可能。脈寬在60～350ns靈活可調(diào)，峰值功率高達(dá)10kW，重復(fù)頻率高達(dá)1000kHz，配備自主研發(fā)在線隔離器，是激光精細(xì)加工的理想激光源。

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