CN110756991A

CN110756991A - 一种红外探测器杜瓦焊接方法及红外探测器

Info

Publication number: CN110756991A
Application number: CN201911048385.8A
Authority: CN
Inventors: 方志浩; 张磊; 付志凯; 李胜杰
Original assignee: CETC 11 Research Institute
Current assignee: CETC 11 Research Institute
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-02-07

Abstract

本发明公开了一种红外探测器杜瓦焊接方法及红外探测器，所述方法包括如下步骤：对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理；对经过预处理之后的所述红外探测器杜瓦零件进行激光焊接；对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光以完成焊接。本发明方法通过对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光以完成焊接，由此解决了现有的激光精密焊接工艺焊缝表面粗糙的技术问题，从而提高探测器的环境适应性和寿命。

Description

一种红外探测器杜瓦焊接方法及红外探测器

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器技术领域，尤其涉及一种红外探测器杜瓦焊接方法及红外探测器。

背景技术

红外焦平面探测器在汽车、安防、医疗等多个领域具有广泛应用。红外探测器杜瓦组件是匹配红外芯片和制冷机的关键电真空器件，因此杜瓦组件的真空保持特性是影响整机寿命的关键因素。

激光焊接技术具有在小的热输入下达到焊接目的、可焊接狭小位置、利于焊接薄壁零件、可焊接多种材料、焊接效率高、对环境危害小等诸多优点。它作为一种日益成熟的焊接技术已应用到汽车、船舶、电子器件等众多高精尖制造领域，引领制造业进入精工时代。

制冷型红外探测器作为一种高科技含量的精密设备，对制造和装配提出很高的技术精度要求。目前，探测器杜瓦结构主要通过激光精密焊接工艺进行装配，焊缝质量直接决定了探测器总体外观，特别内部真空保持特性影响重大，对产品寿命具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法及红外探测器，用以解决现有技术中存在的激光精密焊接工艺焊缝表面粗糙的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法，所述方法包括如下步骤：

对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理；

对经过预处理之后的所述红外探测器杜瓦零件进行激光焊接；

对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光以完成焊接。

可选的，对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理，包括：

将待焊接的红外探测器杜瓦零件放置于化学溶液中并进行超声清洗；

将超声清洗之后的红外探测器杜瓦零件吹干后放置到真空排气台中进行除气处理以完成预处理。

可选的，对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光，包括：

调整激光器的抛光参数对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光；

所述抛光参数包括：激光平均输出功率、激光脉冲宽度、激光脉冲频率、激光加工平面离焦距离、激光加工台转速和激光加工台旋转角度。

可选的，所述激光平均输出功率为0.5kW-1.5kW，所述激光脉冲宽度为5ms-15ms，所述激光脉冲频率为15Hz-25Hz。

可选的，所述激光加工台转速为450mm/s-550mm/s。

可选的，所述激光加工平面离焦距离为负。

可选的，对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光，还包括：

向抛光中的红外探测器杜瓦零件通入保护气体。

可选的，在对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光完成之后，所述方法还包括，卸下红外探测器杜瓦零件，并对红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行清洁处理。

第二方面，本发明实施例提供一种红外探测器，所述红外探测器的杜瓦结构由前述的焊接方法制成。

本发明实施例通过对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光以完成焊接，由此解决了现有的激光精密焊接工艺焊缝表面粗糙的技术问题，从而提高探测器的环境适应性和寿命，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例流程图；

图2为本发明实施例杜瓦结构及激光焊焊缝位置示意图，其中1为杜瓦冷指，2为杜瓦过渡环，3为杜瓦外壳，4为引线环，5为杜瓦窗座；

图3激光焊焊缝位置的共聚焦三维形貌；

图4激光抛光后焊缝位置的共聚焦三维形貌。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在红外探测器杜瓦结构的装配过程中，主要使用的焊接方式是激光精密焊接，主要零部件为杜瓦冷指、杜瓦外壳、过渡环、引线环、隔热屏、窗座等。激光精密焊接产生窄的焊缝，小的热影响区实现了杜瓦结构的快速高效的密封。但是，激光焊接使用千瓦级脉冲激光导致焊缝区域由于瞬时大量的热输入造成焊缝冷却后表面粗糙，并伴随可能的微裂纹存在，目前并未对焊缝区域进行有效的后处理工艺。实际应用中红外探测器可能处于恶劣的自然环境中，焊缝位置容易腐蚀开裂，因此焊缝质量对红外探测器组件长周期使用的寿命及红外探测器组件的整体外观影响不可忽略。

基于此，本发明第一实施例提供一种红外探测器杜瓦焊接方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理；

具体的说，在本实施例中，为了便于焊接成功以及焊接的可靠性，要对待焊接的零件进行预处理，在本发明的一种实施方式中，用于激光精密焊接的杜瓦零件首先在丙酮溶液中经过100W功率超声清洗后吹干；然后放置于最高温度为500℃的真空排气台中进行零件的6小时除气处理，在清洗、干燥、排气完成后即可获得待焊接的零件准备焊接。

可选的，所述激光加工台转速为450mm/s-550mm/s。

可选的，所述激光加工平面离焦距离为负。

具体的说，在本实施例中，为了减少工艺复杂性，保证生产效率，节约生产成本，本实施例中的激光抛光工艺所采用的激光器与激光焊工艺所用激光器相同，但由于激光抛光是基于金属表层的快速重熔凝固原理，在激光抛光过程中需要对激光器的抛光参数进行调整以满足抛光的需要。

在本实施例中，激光抛光过程中极大降低所用激光器的功率；需要严格控制激光器输出的单脉冲持续时间和激光出光频率；同时，应该调整旋转工作台速度和激光输出频率的匹配，具体的，在本发明的一种实施方式中，通过CCD系统观察焊缝位置调试旋转工作台速度和激光输出频率的匹配以实现相邻焊点的重叠率达到约80％的情况下，此时焊缝的抛光质量较佳。此外，激光抛光要求负的离焦加工以避免光斑中心能量过高导致的表面烧蚀以获得更加平滑的焊缝表面，通过上述参数的调整以实现对焊缝的抛光。

向抛光中的红外探测器杜瓦零件通入保护气体。

具体的说，在本实施例中，可以在加工整个过程通过旁轴通入氩气进行零件的防氧化保护。

具体的，通过清洁处理，例如擦拭清理等从而完成整个焊接抛光过程获得杜瓦部件。

通过本发明方法，经过激光抛光后处理的杜瓦部件，激光焊焊缝位置的外观得到了极大的改善，焊缝形貌显著提升，微裂纹消失，使产品在复杂恶劣环境工作过程中减缓焊缝的氧化锈蚀或裂纹扩展等有害因素造成的真空失效，进一步提高了产品的环境适应性和使用寿命。

本发明第二实施例提出一种红外探测器杜瓦焊接方法的具体实施案例

本实施例所用的焊缝是杜瓦冷指和过渡环部件之间的焊缝，其中冷指为304L材料，过渡环为可伐合金，两零件通过激光精密焊接进行密封连接，如图2所示，本发明方法的具体流程如下：

杜瓦冷指1和杜瓦过渡环2在激光焊接前用丙酮溶液在100W功率下超声清洗10min，吹干后更换清洗液再清洗10min；

清洗吹干后的零件置于真空排气台中设置程序进行6小时高温除气处理，除气零件降至室温后取出准备焊接；

通过激光焊接工艺进行杜瓦冷指1和杜瓦过渡环2部件的激光精密焊接，焊接得到的焊缝位置三维形貌如图3所示；

调整激光参数准备对激光焊焊缝进行激光抛光处理，激光输出平均功率调至0.5KW，激光脉冲宽度调至15ms，激光脉冲调为25Hz，激光加工平面离焦为-1mm，加工平台旋转轴转速为550mm/s；为保证环形焊缝严密重合提高气密性，旋转角度设置为385度，经过激光抛光后的冷指1和杜瓦过渡环2的焊缝位置三维形貌如图4所示。

本发明第三实施例提出一种红外探测器杜瓦焊接方法的具体实施案例

本实施例所用的焊缝是杜瓦冷指和过渡环部件之间的焊缝，其中冷指为304L材料，过渡环为可伐合金，两零件通过激光精密焊接进行密封连接，如图2所示。

根据已有激光焊接工艺进行杜瓦冷指1和杜瓦过渡环2部件的激光精密焊接；

调整激光参数准备对激光焊焊缝进行激光抛光处理，激光输出平均功率调至1KW，激光脉冲宽度调至10ms，激光脉冲调为20Hz，激光加工平面离焦为-1mm，加工平台旋转轴转速为500mm/s；为保证环形焊缝严密重合提高气密性，旋转角度设置为385度。

本发明第四实施例提出一种红外探测器杜瓦焊接方法的具体实施案例

调整激光参数准备对激光焊焊缝进行激光抛光处理，激光输出平均功率调至1.5KW，激光脉冲宽度调至5ms，激光脉冲调为15Hz，激光加工平面离焦为-1mm，加工平台旋转轴转速为450mm/s；为保证环形焊缝严密重合提高气密性，旋转角度设置为385度。

根据实际需要，杜瓦过渡环2和杜瓦外壳3，杜瓦外壳3和引线环4，引线环4和杜瓦窗座5等之间的激光焊焊缝也可以通过激光抛光进行抛光处理；激光抛光工艺参数可根据实际需要在上述实施例范围内进行调整。

通过本发明方法：

1)可以有效地改善激光焊焊缝的表面粗糙度，Ra从0.25mm提高到0.03mm，提高耐腐蚀性，进而提高探测器的环境适应性和寿命；

2)提高焊缝金属的致密性，提高焊缝强度。

3)激光抛光具有快速高效、绿色环保、高适应性等优势。

本发明第五实施例提出一种红外探测器，所述红外探测器的杜瓦结构由第一、第二、第三或第四的焊接方法制成。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种红外探测器杜瓦焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对待焊接的红外探测器杜瓦零件进行预处理，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光，包括：

所述抛光参数包括：激光平均输出功率、激光脉冲频率、激光脉冲宽度、激光加工平面离焦距离、激光加工台转速和激光加工台旋转角度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光平均输出功率为0.5kW-1.5kW，所述激光脉冲频率为15Hz-25Hz，所述激光脉冲宽度为5ms-15ms。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光加工台转速为450mm/s-550mm/s。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光加工平面离焦距离为负。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光，还包括：

向抛光中的红外探测器杜瓦零件通入保护气体。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对激光焊接完成后的红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行激光抛光完成之后，所述方法还包括，卸下红外探测器杜瓦零件，并对红外探测器杜瓦零件之间的焊缝进行清洁处理。

9.一种红外探测器，其特征在于，所述红外探测器的杜瓦结构由权利要求1-8任一项的焊接方法制成。