高反射材料铜激光焊接工艺研究

发布时间：2021-03-30 12:30

　　针对铜材料的焊接,采用激光作为焊接热源,由于铜对激光的反射率很高,需要高的激光功率密度迅速达到铜的熔点,才能进行焊接。为了实现高反材料铜的直接焊接,利用单模准连续光纤激光器优异的光束质量以及高峰值功率克服铜的高反射问题。对焊接工艺参数进行了优化,当工艺参数峰值功率为800 W、脉冲宽度8 ms、离焦量0 mm时,得到最大的焊接拉力87 N,切片分析表明熔合区域具有良好的材料熔合性。进一步研究了焊接顺序对产品变形的影响,极大地减小了焊接后的产品变形。 

【文章来源】：应用激光. 2020,40(03)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

光纤激光器

要求焊接区域5 mm×1 mm,焊点无穿孔,焊接完成后,对焊接区域进行拉力测试。由于铜属于高反材料,激光作用在铜表面,大部分激光能量被反射,采用光束质量好的单模准连续光纤激光器对铜进行焊接,利用单个脉冲激光高的光束质量以及峰值功率克服铜的高反射问题,但是单个焊点的直径较小(为0.2～0.4 mm),上、下层材料之间的熔合面积也较小,使得焊接强度一般不高,根据焊接区域,由13个焊点组成一个焊接区域点,形成点团簇,如图2(a)所示,增加上、下材料之间的熔合面积,进而增加焊接强度,由6个区域点组成5 mm×1 mm的焊接区域,焊接区域如图2(b)所示。2.2 实验影响因素

为进一步分析工艺参数对焊接拉力的影响,对焊接区域进行切片测试,采用切割机沿着焊接区域边缘切割,经过打磨抛光处理,FeCl3溶液腐蚀焊缝截面。实验编号1、2的切片图片类似,如图3(a)所示,焊点的熔深较浅,这是因为峰值功率为700 W,脉冲宽度4 ms、6 ms,作用在铜材料上的激光能量不够,导致部分材料未充分熔化,这样焊点拉力也较小。实验编号3、4、5、7的焊点切片图片类似,如图3(b)所示,焊点表面的宽度较小,因为实验编号3采用的离焦量2 mm,实验编号4采用的离焦量1 mm,实验编号5采用的离焦量2 mm,实验编号7采用的离焦量2 mm,激光与材料作用的面积较大,功率密度较小,激光反射的比例较大,导致焊点的直径降低,上、下材料的熔合区域较小,焊接拉力较低。实验编号6的焊点切片图如图3(c)所示,焊点熔深完全贯穿下层材料,每个焊点很清晰均匀,表示材料的熔合区域有良好的材料熔合,有利于提高焊接拉力。实验编号8、9焊点内部均出现气孔,如图3(d)所示,这可能是因为峰值功率900 W较高,且脉冲宽度较大,单个激光脉冲的能量太大,导致材料内部部分元素气化,在焊点内存留下孔洞,由于熔合的材料较少,焊点拉力急剧降低,因此一般要求焊点内部不能有气孔的产生。2.5 焊接顺序对产品变形的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]动力电池用铝合金准连续脉冲激光焊接特性研究[J]. 成健,黄易,杨新龙,李帅,汪于涛,刘顿.  应用激光. 2018(06)
[2]激光功率对5mm厚紫铜激光焊接焊缝组织及力学性能的影响[J]. 陈永城,罗子艺,韩善果,易耀勇,哈斯金·弗拉基斯拉夫.  应用激光. 2018(04)
[3]超高导电铜基材料的研究现状与展望[J]. 吕吉敏,章潇慧,熊定邦,张荻.  中国材料进展. 2018(06)
[4]铝包铜复合导电头的界面组织及失效机制[J]. 魏艳妮,罗永光,曲洪涛,谭世友,梁淑华.  特种铸造及有色合金. 2018(04)
[5]滑石粉/纳米铜导电复合粉体的制备与性能表征[J]. 韩玮,葛柳钦,夏枚生,叶瑛.  硅酸盐通报. 2018(04)
[6]304不锈钢激光焊接工艺及微观组织研究[J]. 王文军,龚五堂.  应用激光. 2018(02)
[7]超薄不锈钢激光焊接头的微观组织与力学性能[J]. 叶庆丰,王少刚,赵雅萱,陈源,赵礼.  焊接技术. 2017(03)
[8]发电机用铜线导电率与温度的关系[J]. 谭鹏程.  电机技术. 2017(01)
[9]脉冲式激光焊接电流及脉宽对紫铜薄板焊接的影响[J]. 张文勇,梅俊歌,陈亚维,王攀东.  中原工学院学报. 2017(01)
[10]高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究[J]. 苏绍兴,于艳玲,费旺,林仕君,伍文丞,曹宇,张健,唐霞辉.  激光技术. 2017(03)



本文编号：3109509