CN113020780A - 一种超薄金属箔与金属柱焊接工装、焊接设备及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超薄金属箔与金属柱焊接工装、焊接设备及焊接方法，属于激光焊接加工技术领域。本发明工装包括用于容置1个以上金属柱的下载板，与下载板盖合的上盖板，所述下载板上设有若干个用于放置金属柱的容置槽，所述容置槽底部设有弹性件，所述上盖板与容置槽对应处设有通光孔，所述上盖板内还设有用于将超薄金属箔固定在上盖板下表面的吸附结构，所述超薄金属箔的厚度在0.05mm以下。本发明的有益效果为：能够保证两种金属紧密贴合不变形，有利于提高焊接效率及品质。

Description

一种超薄金属箔与金属柱焊接工装、焊接设备及焊接方法
技术领域
本发明涉及一种激光焊接加工技术，尤其涉及一种超薄金属箔与金属柱焊接工装，还涉及一种焊接设备及焊接方法。
背景技术
由于超薄不锈钢箔(带)具备有优良的强度，光洁度，耐腐蚀性等诸多优点，生产工艺要求比较高，其应用也是量少样多。在航天、电脑、电池制造、医药工业、热处理等许多行业都有应用。如隔热件，电热元件，电极接触面，外科器件等多种器件。在使用超薄不锈钢箔(带)时如何与其他金属材料焊接在一起，保证其强度、性能、外形是一项比较比较特殊的工艺；厚度小于0.05mm的超薄不锈钢箔(带)与铜材料搭焊，不适合使用传统的接触式锡焊，电弧焊；而且很难满足焊渣小，无焊穿，变形小等要求。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种超薄金属箔与金属柱焊接工装，还提供一种包括所述工装的焊接设备，及基于所述焊接设备的焊接方法。
本发明工装包括用于容置1个以上金属柱的下载板，与下载板盖合的上盖板，所述下载板上设有若干个用于放置金属柱的容置槽，所述容置槽底部设有弹性件，所述上盖板与容置槽对应处设有通光孔，所述上盖板内还设有用于将超薄金属箔固定在上盖板下表面的吸附结构，所述超薄金属箔的厚度在0.05mm以下。
本发明作进一步改进，所述吸附结构为设置在上盖板内的密闭的真空吸附腔，所述上盖板底面设有若干个与真空吸附腔连通的、用于吸附所述超薄金属箔的吸附孔，所述上盖板其他面上还设有真空接头。
本发明作进一步改进，所述通光孔的形状与容置槽的形状适配，所述通光孔的面积小于容置槽内金属柱的横截面。
本发明作进一步改进，所述容置槽的厚度由待焊接的金属柱的高度决定，当金属柱放置入所述容置槽时，所述金属柱凸出所述容置槽0.2-0.8mm。
本发明作进一步改进，还包括分别对应设置在上盖板下表面和下载板上表面的闭合件。
本发明作进一步改进，所述闭合件为设置在所述工装周边的固定槽，所述固定槽内设有磁铁。
本发明作进一步改进，还包括设置在下载板上表面的定位销，所述上盖板与定位销对应处设有定位孔。
本发明作进一步改进，还包括设置在上盖板两端的高度调节结构，当上盖板盖合下载板时，所述上盖板和下载板之间的间距小于0.5mm。
本发明还提供一种包括所述超薄金属箔与金属柱焊接工装的焊接设备，包括焊接平台、设置在焊接平台上的可调脉宽脉冲光纤激光器及运动模组，所述工装设置在运动模组上，在所述运动驱动下，运动至所述可调脉宽脉冲光纤激光器的激光头场镜下方，所述可调脉宽脉冲光纤激光器完成激光焊接。
本发明还提供一种基于所述焊接设备的焊接方法，包括如下步骤：
S1：将超薄金属箔放置在上盖板下表面合适位置，然后吸附固定，将金属柱放置在容置槽内；
S2：压合上盖板，调整上盖板与下载板之间的间距；
S3：根据铜柱焊接面积大小绘制焊接图形；
S4：设置可调脉宽脉冲光纤激光器参数；
S5：可调脉宽脉冲光纤激光器根据设置的参数发出激光，在通光孔上方按照焊接图形进行激光焊接；
S6：移动工装，直至所有焊接点焊接完毕。
本发明作进一步改进，在步骤S4中，设置所述可调脉宽脉冲光纤激光器的激光功率范围为10W-15W，焊接速度为50-100mm/s；激光出光方式为矢量打点模式，每个点出光脉冲数为5，打点时间为0.2ms，激光频率为160-180KHz，激光脉冲宽度为14ns。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：适用于超薄金属箔的焊接，能够保证两种金属紧密贴合不变形，有利于激光焊接，保证焊接后焊接点有一定的拉力，同时产品不变形，不破损，有利于提高焊接效率及品质。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2和图3为本发明分解结构示意图；
图4为焊接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1-图3所示，本例将超薄不锈钢箔6(厚度0.05mm以下)与铜柱5两种搭焊在一起，本发明工装包括用于容置1个以上铜柱5的下载板2，盖合下载板5的上盖板1，所述下载板2上并列设有5个用于放置铜柱5的容置槽201，所述容置槽201底部设有缓冲弹簧4，铜柱5放置在缓冲弹簧4上方，能够压合所述缓冲弹簧4，所述上盖，1与容置槽201对应处设有通光孔101，所述通光孔101用于通光激光，从而实现铜柱5与超薄不锈钢箔6的无接触激光焊接，本例能够保证两种金属紧密融合，单点拉拔力15N以上，同时不锈钢薄片不会产生很大的褶皱变形。本例也适用于其他的金属或金属合金材质之间的焊接。
优选的，本例的通光孔101的面积小于容置槽201内铜柱6的横截面，本例通光孔101直径约等于焊接铜柱6直径90％即可，当上盖板1下压时，铜柱6顶住所述超薄不锈钢箔6，避免透光孔101处的超薄不锈钢箔6变形。
本例的超薄不锈钢箔6是通过吸附结构吸附在上盖板1下表面，所述吸附结构为设置在上盖板1内的密闭的真空吸附腔，所述上盖板1底面设有若干个与真空吸附腔连通的、用于吸附所述超薄不锈钢箔6的吸附孔103，所述上盖板1的两个侧面上分别安装一个与真空吸附腔连通的真空接头3，用于抽真空，从而吸附住超薄不锈钢箔6。
本例还在上盖板1下表面和下载板2上表面对应设置有固定槽，固定槽内设置固定磁铁104和204，从而相互吸附固定，为了使其对位精准，本例还额外在下载板2上表面的斜对角设有两个定位销205，所述上盖板1与定位销205对应处设有定位孔105。
优选的，为了避免上盖板1压合时，造成超薄不锈钢箔6的变形，在所述上盖板1两端，还设置了两个高度调节孔102，通过高度调节孔内的高度调节杆调整上盖板1与下载板2两者之间的间距。
根据焊接铜柱6的大小及数量加工好工装，工装的上盖板1和下载板2的材料无特殊要求，只要保证表面平整不变形即可。按要求把超薄不锈钢箔6放在上盖板1吸附孔上合适的位置，打开气阀把超薄不锈钢箔6吸紧。把铜柱6放进容置槽201内的缓冲弹簧4上，铜柱6表面高出治具下载板表面约0.5mm，一般在0.3-0.8mm之间。铜柱6安装完成后合板，调整上盖板1与下载板2之间间距小于0.5mm即可。本例在下载板2容置槽201内放置缓冲弹簧1的目的是利用弹簧的弹性保证每个铜柱6都可以与上盖板1上的超薄不锈钢箔6进行紧密贴合，超薄不锈钢箔6(带)不会压破变形，从而保证焊接质量的可靠性。
本发明还提供一种包括所述超薄金属箔与金属柱焊接工装的焊接设备，包括焊接平台、设置在焊接平台上的可调脉宽脉冲光纤激光器及运动模组，所述工装固定在运动模组上，在所述运动驱动下，运动至所述可调脉宽脉冲光纤激光器的激光头场镜下方，所述可调脉宽脉冲光纤激光器完成激光焊接。
如图4所示，本例的焊接方法为：
1、将超薄不锈钢箔6放置在合适位置，然后吸附在上盖板1上，将铜柱6放置在容置槽内；
2、压合上盖板1，调整上盖板1与下载板2之间间距小于0.5mm；
3、根据铜柱焊接面积大小绘制焊接图形，本例的图形为无交叉的直线或曲线；
4、设置可调脉宽脉冲光纤激光器参数，本例将激光功率设置在10W-15W之间，场镜采用F100-F254的场镜。依据功率值焊接速度调到50-100mm/s范围；激光出光方式必须设为矢量打点模式，每个点出光脉冲数设置为5；打点时间设为0.2ms；激光频率设置160-180KHz之间，激光脉冲宽度设为14ns，以上参数进行焊接，目测可观察到焊接过程中激光产生柔和的亮光为好；
5、可调脉宽脉冲光纤激光器发出激光7，在通光孔上方按照焊接图形进行激光焊接；
6、该通光孔焊接完成，运动模组带动工装运动，使焊接点设于焊接头场镜下方，完成该焊接点的焊接，依次类推，直至所有焊接点焊接完毕；
7、焊接完成之后真空吸气自动关闭，打开治具上盖板，取出产品即可。
通过以上方法进行焊接，焊接单个直径2mm铜柱只需要3-5秒时间，可以满足每个铜柱焊接点位拉拔力15N以上，焊渣高度不超过0.02mm，同时超薄不锈钢箔(带)不会产生很大变形，良品率99％以上。使用步骤一压合治具时，下载板孔位中放置的弹簧，弹力不能太大，能保证铜柱表面贴紧钢带或轻微凸起(0.1mm)以内即可。以上参数绘图方式不用交叉线焊接，是为了避免激光交叉重复焊接，交叉点重复焊接容易焊穿，造成超薄钢带裂开拉力不足。小的激光功率对应低的速度进行焊接，太小功率或太大速度会造成两种金属没有融合拉力不足；功率太大或频率太小容易产生火花焊穿没拉力而且褶皱明显；频率太高激光单点能量不足很难融合底层铜材。采用脉宽14ns激光单点能量可使两种金属很好融合，增大或减小脉宽焊接产品不良率明显增加；采用矢量打点的出光模式，控制每点激光脉冲数及打点时间，也是为了是两种金属能够很好融合在一起，保证没有焊穿且拉拔力足够。如果采用普通单点单个激光脉冲焊接方式，无论采取何种功率，速度，频率，脉宽进行焊接，超薄不锈钢箔(带)都不能和铜柱融合焊接在一起。
由于激光焊点小，能量稳定可靠，采用可调脉宽光纤激光焊接技术进行非接触式焊接，焊接品质比较可靠，优势比较明显。同时激光焊接具有操作简单，无耗材，使用成本较低等优点。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：包括用于容置1个以上金属柱的下载板，与下载板盖合的上盖板，所述下载板上设有若干个用于放置金属柱的容置槽，所述容置槽底部设有弹性件，当金属柱放置入所述容置槽时，所述金属柱凸出所述容置槽设置，所述上盖板与容置槽对应处设有通光孔，所述上盖板内还设有用于将超薄金属箔固定在上盖板下表面的吸附结构，所述超薄金属箔的厚度在0.05mm以下。
2.根据权利要求1所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：所述吸附结构为设置在上盖板内的密闭的真空吸附腔，所述上盖板底面设有若干个与真空吸附腔连通的、用于吸附所述超薄金属箔的吸附孔，所述上盖板其他面上还设有真空接头。
3.根据权利要求1所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：所述通光孔的形状与容置槽的形状适配，所述通光孔的面积小于容置槽内金属柱的横截面。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：还包括分别对应设置在上盖板下表面和下载板上表面的闭合件。
5.根据权利要求4所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：所述闭合件为设置在所述工装周边的固定槽，所述固定槽内设有磁铁。
6.根据权利要求5所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：还包括设置在下载板上表面的定位销，所述上盖板与定位销对应处设有定位孔。
7.根据权利要求1-4任一项所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装，其特征在于：还包括设置在上盖板两端的高度调节结构，当上盖板盖合下载板时，所述上盖板和下载板之间的间距小于0.5mm。
8.包括权利要求1-8任一项所述的超薄金属箔与金属柱焊接工装的焊接设备，其特征在于：包括焊接平台、设置在焊接平台上的可调脉宽脉冲光纤激光器及运动模组，所述工装设置在运动模组上，在所述运动驱动下，运动至所述可调脉宽脉冲光纤激光器的激光头场镜下方，所述可调脉宽脉冲光纤激光器完成激光焊接。
9.基于所述焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将超薄金属箔放置在上盖板下表面合适位置，然后吸附固定，将金属柱放置在容置槽内；
S2：压合上盖板，调整上盖板与下载板之间的间距；
S3：根据铜柱焊接面积大小绘制焊接图形；
S4：设置可调脉宽脉冲光纤激光器参数；
S5：可调脉宽脉冲光纤激光器根据设置的参数发出激光，在通光孔上方按照焊接图形进行激光焊接；
S6：移动工装，直至所有焊接点焊接完毕。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于：步骤S4中，设置所述可调脉宽脉冲光纤激光器的激光功率范围为10W一15W，焊接速度为50-100mm/s；激光出光方式为矢量打点模式，每个点出光脉冲数为5，打点时间为0.2ms，激光频率为160-180KHz，激光脉冲宽度为14ns。
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