光纤激光技术用于铜焊接的优势与缺点

2019-12-19 11:43:47 晶肖


消费电子和汽车行业是工业加工和产品制造中越来越多地使用铜的重要推动力。

随着电池新技术的发展以及电池容量变得更高,对相应连接技术的需求也逐渐增加。虽然软焊仍然是用于消费电子产品中低功率应用的主要技术,但在高传输电流,或是在接头高荷载和动态荷载应力的情况下,则必须应用焊接技术。

过去,由于材料的物理性能,激光技术在焊接铜和铜合金时会受到限制。 如今,高功率和高亮度的光纤激光器的出现一一克服了这些限制,通过新型和合适的加工技术,可以在高效的焊接工艺中打造出稳定、无缺陷的接头。


光纤焊接


激光焊接铜的挑战与材料的两个主要物理性质有关:对大多数高功率工业激光的低吸收率以及工艺过程中的高导热性。我们知道铜的吸收率随着波长的减小而增加,这意味着可见波段的激光器用于铜焊接将产生显著的优势。

红外激光器在处理固体材料时会产生吸收性问题。如果材料通过深熔焊发生了熔化甚至蒸发,其吸收率则会显著增加。固体铜的吸收率小于4%,而铜蒸汽(匙孔深熔焊)的吸收率则高于60%。该吸收问题可以通过非常高的功率密度来克服,这大大加快了铜的熔化和蒸发速度,并因此增加其吸收性。

铜焊接工艺的另一个问题是低速焊接时的不稳定性。通常,小于5m/min的焊接速度会面临焊接不稳定的问题,例如飞溅、气孔和不规则焊缝表面。随着焊接速度的加快,这种不稳定性逐渐消失,焊接工艺趋向稳定。在5-15m/min的焊速范围,质量达到可接受的水平。焊速高于15m/min的话,产生的焊缝基本没有缺陷。这意味着最佳的焊接参数介于传统的运动系统(例如机器人)所能达到的极限范围内。此外,焊缝深度随着焊接速度的增加而减小,而焊缝也变得非常窄。

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这必须用更高的激光功率来实现,带来更高的系统资金投入。新的工艺研究已表明,这完全可以避免的,工艺稳定性不仅可以通过提高焊接方向的速度,也可以通过光束导向镜片的动态位置变化来实现。这种所谓的摆动技术使其能够在相对较低的焊速下形成稳定的焊点,并且显著降低焊缝深度。



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