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脉冲激光缝焊接方式

2021-12-07

脉冲Nd: YAG激光器和脉冲CO2激光器或者数百瓦平均功率的连续CO2激光器(二氧化碳激光器的原理及分类)均可进行缝焊。激光缝焊可分为脉冲激光缝焊和连续激光缝焊

脉冲激光缝焊接方式

一、脉冲激光缝焊

脉冲激光缝焊中最重要的一种是脉冲激光密封焊接。


对于一些可靠性和稳定性要求较高的零件,特别是微电子器件,如IC电路块、密封性继电器、石英晶体等器件的外壳、航空仪表中的某些零件等,需要进行密封焊接。这类焊接要求气密性在10-mL/s以上,压强在2.4 x10'N/cm2以上,采用一般方法难以达到要求。采用脉冲激光缝焊,则具有气密性高、强度大、成品率高及易于实现自动化等优点。


1.激光密封焊接方式

3-11所示为脉冲激光齐缝焊,图3-12和图3-13所示为脉冲激光搭接焊和重叠接缝端焊,图3-14所示为脉冲激光重叠穿透焊。

脉冲激光缝焊接方式

2.光斑重叠度与密封深度的关系

以齐缝焊为例,由于脉冲激光焊接焊点熔化区的空间形状呈锥形,当光斑的间距1大于光斑

在金属下面的熔融直径h时,密封深度d小于金属片厚d。当两光斑之间的间隔1小于或等于光斑在金属下表面的熔融直径h时,其密封深度等于金属的片厚。


3.密封深度与焊缝强度的关系

在要求气密性较高的电子组件和仪表的密封焊接中,焊接时注意以密封为主,密封深度则不是考虑的主要因素。但是对航空仪表中某些零件的密封焊接,不仅要求密封性高,而且还要求焊缝的强度大。因此,密封深度和焊缝的金相组织成为考虑的主要因素。一般 说来,焊缝深度越大,焊点重叠度要求越大,焊缝强度也越大。


4.脉冲重复频率的选择

在脉冲重复频率高的激光焊接中,焊接能力不仅与每个时空的能量有关,而且也与平均输出功率有关。平均功率水平决定了单位时间内焊点的数目及焊接速度,一般焊接速度越低,激光脉冲能量越大,则焊接深度越深。为了使脉冲激光焊接在工业生产中有使用价值,必须提高激光焊接速度,其关键在于提高脉冲重复频率,提高器件的平均功率水平。激光密封焊通常采用脉冲重复YAG激光器,但也有采用脉冲CO2激光器的,目前已有用于密封焊接的YAG激光器,平均功率大于500W,脉冲重复频率达300Hz,缝焊速度大于3.5m/ min


(1)集成电路的密封焊接气密性 要求高的集成电路块,有的采用陶瓷底座。激光将集成电路管芯密封在金属壳内。金属壳厚为0.3mm左右,金属壳和嵌在陶瓷内边框的材料为可伐合金。采用脉冲重复YAG激光器,聚焦斑尺寸为0. 6 ~0.7mm。光斑重叠度为光斑直径的一半, 用三种焊接方式进行工艺实验,其焊接参数列于表3-5。检测表明,激光密封焊接集成电路的气密性最大可以达到10'mL/s,比原来要提高几个数量级。

脉冲激光缝焊接方式

(2)微型继电器的密封焊接这种 器件的外壳一般 是金属冲压件,其材料种类较多,有黄铜、青铜、可伐镀银及两种不同材料的组合,形状大小也各不相同。以往这类外壳的焊接大多采用锡焊,强度低,气密性差;利用脉冲重复YAG激光齐缝焊接方式进行焊接,焊接强度大为提高,气密性可达到良好的效果。

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