[發(fā)明專利]鍍層厚度小于10μm的薄金屬工件的激光焊接方法

有效

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• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103071924A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫家樞;王克會;鄭永霞
• 申請（專利權(quán)）人: 天津濱海雷克斯激光科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高新制造工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鍍層厚度小于10μm的薄金屬工件的激光焊接方法。

背景技術(shù)

在精密器械制造、電子儀器、電子通訊、以及醫(yī)療器械、金屬件人體植入等領(lǐng)域，為提高制件的功能、性能、可靠性，近年來使用有金屬鍍層的金屬制件，并要求在其上精密熔化焊接另一金屬件的情況越來越多。例如在不銹鋼件的表面有金屬鍍層（如鍍鎳、鍍銅等鍍層），而后要求在其上密焊接其它裝配件。以往不得不用鉚接與釬焊相結(jié)合的工藝方法，在工藝上造成一定的麻煩。

近年來隨著激光精密焊接技術(shù)的應(yīng)用擴展，期望能用激光焊接方法解決這一技術(shù)問題。按常規(guī)方法，為保證焊接質(zhì)量，特別是保證焊接接頭的強度，通常要先行將局部鍍層去掉，再將待焊接的工件與工件基體間實現(xiàn)激光精密熔化焊接,得到工件間的冶金結(jié)合，確保焊接結(jié)點的結(jié)合強度。

但是在電子儀器或電子通訊設(shè)備上使用的鍍層工件,表面鍍層厚度通常在5-20μm，工件基體的厚度在0.3mm-2.0mm。這種薄的金屬件用常規(guī)焊接方法焊接時容易發(fā)生變形。為保證焊接時不發(fā)生明顯的變形，要用高能量密度較低功率的脈沖激光束來進行焊接，以保證有極小的熱影響區(qū)，最小的變形。但低功率焊接往往有較小的熔深，在有鍍層存在的情況下只能實現(xiàn)鍍層間的焊接，與基體的結(jié)合強度很低，達不到焊接接點的強度要求。為實現(xiàn)基體間的熔化焊接，要先用機械的或化學(xué)的方法，將焊接處的鍍層去掉，再進行焊接。若用較大的功率，雖能獲得較深的熔深，但是焊點處的鍍層熔化同時基體也會發(fā)生部分熔化，雖然工件間能實現(xiàn)基體間的熔合的焊點強度高，但因功率較大，熱影響區(qū)較大，導(dǎo)致如0.3mm-0.5mm厚的薄金屬工件發(fā)生變形，不能有效保證工件質(zhì)量，在實際應(yīng)用中也很受制約。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種能將局部鍍層去掉并同時實現(xiàn)基體金屬間的熔化焊接的激光焊接方法。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種鍍層厚度小于10μm的薄金屬工件的激光焊接方法，首先將待焊接的部件定位然后調(diào)整光泵輸出一個激光脈沖，所述的激光脈沖在初始時功率快速上升至峰值然后保持預(yù)定時段以對焊接區(qū)域局部加熱并將該區(qū)域的鍍層燒蝕，然后激光脈沖的功率快速下降至設(shè)定焊接功率并保持設(shè)定時段以對金屬基體進行熔化焊接，最后將激光脈沖的功率下降至零完成激光焊接。

所述的功率快速上升的上升速率等于或高于1kW/ms。

所述的快速下降的下降速率等于或高于0.5kW/ms。

所述的激光脈沖的峰值工作功率為Pp,峰寬為tp，設(shè)定焊接功率段的工作功率為Pw，峰寬為tw，其中，Pp*tp=Ec`，tp在1-5ms,設(shè)定值段的焊接功率Pw=b*Pp，tw=d*Tp，系數(shù)b=0.1-0.7，系數(shù)d=1.5-10。

所述的Ec`=k*h*Ec,其中，Ec為燒蝕鍍層所需的理論能量，k為與激光物理特性、激光與材料相互作用、激光能量被材料吸收以及光散射因素有關(guān)的系數(shù)，h為與材料熱物理特性、工件形狀幾何參數(shù)以及工件與鍍層厚度相關(guān)的修正系數(shù)，對于基體厚度小于1mm，鍍層厚度小于10μm的薄金屬工件，k值在10-30，h值在4.4-20.0。

所述的薄金屬工件的基體為不銹鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼。

所述的薄金屬工件為鎳鉻不銹鋼表面鍍鎳層，所述的k在15-30，h在8-20。

所述的薄金屬工件為鎳鉻不銹鋼表面鍍銅層，所述的k在10-25，h在10-20。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過激光設(shè)備的調(diào)試對脈沖激光波形進行調(diào)控，無需先用其它方法將局部鍍層去掉再進行焊接，而是以設(shè)計的波形的脈沖激光實現(xiàn)將待焊區(qū)域局部鍍層燒蝕、并實現(xiàn)基體金屬間的熔化焊接，實現(xiàn)冶金結(jié)合，保證焊接點的強度，同時焊接效率高，一次調(diào)整輸出即可完成鍍層燒蝕和焊接連接同步完成，能有效保證焊接質(zhì)量的一致性，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光脈沖波形圖；

圖2本發(fā)明實施例的激光脈沖波形；

圖3為本發(fā)明實施例焊接件焊點排列分布圖；

圖4為裝配焊前不銹鋼件截面的形貌；

圖5為焊接后焊點截面的形貌。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。