雷射微型焊接銅材料技術及應用

2022-05-10 19:10:40 字數 2034 閱讀 4880

許多不同的技術已被用來克服這個反射率的問題,包括脈衝整形、利用氧氣輔助,以及採用反射率小的覆層金屬。

雷射整形技術並不是很可靠,因為銅以及其他導電零件的反射率存在一定的變化,這樣減小雷射功率的時間點也需要相應的進行變化。目前,已有技術人員嘗試利用反饋技術來估計這個時間點,但是,這些試驗並沒有成功。利用氧氣作為輔助氣體,大大地提高了線形銅焊接中雷射的穿透率,因為待焊接的零件上被覆蓋了一層氧化物薄膜。

但是,該技術並不適用於點焊接,因為氧氣的輔助作用必須在連續幾個脈衝走過之後才能顯現出來,這樣,在單個點或者短焊縫的焊接中,該技術就無法提供可靠的結果。採用反射率較小的覆層,比如鎳或者錫,的確能夠降低初始的反射率,但是,它無法完全解決問題,因為在雷射與銅作用的過程中,仍然需要很大的能量使得雷射耦合到銅材料。因此,微型焊接的可加工範圍就非常小。

為了在銅材料表面形成良好、穩固的雷射焊接點,就找出阻礙良好焊接的根本原因——材料反射率。當波長從1064 nm變為532 nm時,銅以及其他材料的反射率就大大減小了(見表1)。採用532 nm波長的雷射使得雷射光束持續耦合到銅材料上,並且穩定了焊接過程。

圖1給出了採用1064 nm和532 nm雷射對沒有鍍層的銅材料進行焊接後的結果對比。採用532 nm雷射時在銅材料上的焊接效果,可與1064 nm雷射在鋼材料上的焊接結果相媲美。深圳市星鴻藝雷射科技****專業生產雷射打標機,雷射焊接機,深圳雷射打標機,東莞雷射打標機

為了對銅材料成功地進行微型焊接,必須採用波長為532 nm的綠色雷射。實現該波長可以有兩種方式,最常見的方法是利用調q雷射器,但是這樣的雷射器沒有足夠的脈衝能量進行焊接。更新型的技術是採用nd:

yag脈衝雷射器,它所得到的532 nm雷射,峰值功率達到1.5 kw,脈寬5 ms。這就提供了足夠的焊接能量,能夠穿透厚度達350微公尺的銅板。

這樣的能量,在大多數微型焊接應用中已經足夠了。採用由光纖傳輸的nd:yag脈衝雷射的另一項好處是光束的亮度低,這提高了焦斑點處吸收光的程度,避免了在焊點中心形成過熱點而產生不穩定性。

眾多的應用領域

產品中的電氣連線在其尺寸、形狀與材料上存在著很大的區別。因此,這裡給出了一些例子來說明532 nm雷射焊接的效能和優勢。

半導體連線

圖2中給出了焊接到金屬板上的0.0015英吋厚的鍍金銅線。由於銅線橫向比較寬,但是厚度很小,所以必需用乙個尺寸相對較大的光斑來進行焊接。

在這種情況下,具有長脈寬和低峰值功率的雷射能夠提供較好的能量流,而且光束的低亮度使得扁平的銅線在整個橫向的寬度上都得到均勻的加熱。

平面與圓型端點的連線

雷射加工具有高度的靈活性,特別是當加工的接點以及兩端的幾何形狀不同時更為有利。圖3給出了側向為矩形的鍍金銅製聯結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形成焊點。

雷射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過程非常可靠。同樣的,由於雷射光束的亮度低,使得整個加工過程更有利於零件的接合。

線到平面的連線

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,線與板子都必須同時不斷對雷射能量進行吸收,以保證焊點的固定性(圖4)。類似的,當焊接成束的線時,必須控制線的分布,以確保整束線對雷射的吸收。

框架的焊接

在大規模生產中,若要焊接框架上的不同接點,其關鍵就是焊接質量和焊接速度。由於雷射焊接是乙個非接觸式的過程,它非常有利於大規模的生產加工。在整合了雷射光束的移動後,它能夠在一秒鐘內得到許多個焊點(見圖5)。

不同材料之間的焊接當焊接的材料有不同的吸收率時,經常出現的情況是:吸收率大的材料過熱,導致材料飛濺或者產生孔洞。通常,克服這個問題的辦法是加工時偏向其中一種材料。

但是,對於小型零件來說,即使很微小的吸收不均也會導致焊接過熱。如果採用波長為532 nm的雷射,由於兩個零件的反射率更為接近,就能夠實現焊接過程的能量平衡,從而大大提高可焊接率(如圖6)。

小結 銅材料的焊接是乙個比較困難的工序,而微型銅焊接使得該加工的難度更大。雷射焊接是實現銅材料的接合過程的一項實用技術,它採用非接觸式的加工方式,十分適用於自動化的加工過程。然而,銅在1064 nm波長處的反射率很高,阻礙了雷射加工的實現。

為了克服這個困難,我們採用532 nm波長的綠色nd:yag雷射焊機,它為銅材料和其他導電材料的大規模微型焊接提供了行之有效的方法。

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