国务院节能环保产业发展意见使激光迎来发展机遇

2013-08-23 00:08

　　实验

　　研究员采用功率为600瓦的IPG YLR-600-SM连续波掺镱光纤激光器来进行这一研究。该激光器释放出波长为1070纳米的光束，并利用一个100毫米焦距的镜组（理论上可以产生9微米的斑点）将光束传输到工件上。尽管铝和铜对于1000纳米的红外波长具有高度反射性（>90%），但在焊接时能利用到总功率的55%至75%（330至450瓦）。

　　一个扫描速率为200~400毫米/秒的二维运动控制系统被用来进行焊接。这一激光研究包括一个完整的析因设计实验，囊括了所有可能的材料组合（铝1100或1145，铜110，镍200，无电镀镍铜，电镀镍铜）；是否使用氩保护气体；以及定向样本。大多数研究都是在125微米厚的材料上进行。所有焊接都通过基底完全穿透。两种极耳焊接的横截面如图1所示。

　　为简单起见，这些激光焊接只单次扫描25毫米宽的测试样本。然后对这些焊接的机械和电气性能进行评估。利用搭接剪切和弯折试验进行机械评估，利用阻焊电源提供的大电流脉冲进行电阻评估。脉冲范围从400至1000安。

　　结果

　　激光焊接能为各种材料组合提供高强度焊接，尤其是在进行铜材料之间和铝材料之间焊接的时候更为有效。这也是唯一可以将电镀镍焊接至铜材料上的技术。在这些实验中，使用氩保护气体与否，对于焊接的机械性能或电气性能都没什么影响。唯一的区别在于未使用氩保护气体的焊接表面氧化程度要高于使用氩保护气体的焊接表面。

　　将激光焊接成品的性能与阻焊及超声焊技术制成的成品相比较，也很有意思。如图2所示，同类材料激光焊接的搭接剪切强度是超声波或电阻焊接的数倍。抗撕强度也要高于超声波或电阻焊接，如图3所示。

　　图4 显示对于不同的材料组合来说，超声焊和电阻焊的抗撕强度似乎更大。但是不同工艺之间的差异不大，在撕开基底的时候，样本经常被毁，可见焊接材料和基底材料一样牢固。

　　评估焊接的电气性能也甚为有趣。使用三种工艺制成的搭接头显示出了几乎一致的电阻性。结果分析表明尽管激光焊接区域比电阻或超声波焊接区域要小很多，但搭接头的电阻与所使用的焊接工艺无关。相反，电阻与搭接头的材料有关，而不是与焊接工艺有关。