CN114974959A - 一种用于磁簧开关密封的激光加工方法 - Google Patents

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程英
胡俊
胡张薇
刘天才
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Abstract

本发明公开一种用于磁簧开关密封的激光加工方法。通过激光非接触式且微小区域熔融磁簧开关外壳端面，使外壳端面熔化，进而形成球状密封端面，密封效果能够同时满足气密性、外壳无气泡、金属簧片无断裂、熔接附着处玻璃呈球形外观以及生产良率的要求。能够有效减少封装过程对磁簧开关的损伤，加工良率和效率得到有效提高，并可实现与自动化工站高度集成，适用于大规模自动化量产。

Description

一种用于磁簧开关密封的激光加工方法
技术领域
本发明涉及到磁簧开关的密封加工方法，具体涉及到一种用于磁簧开关密封的激光加工方法。
背景技术
磁簧开关主要由两片磁簧片密封在玻璃管内组成。两片磁簧片呈重叠状况但中间间隔有一小空隙，外来适当的磁场将会使两片磁簧片接触。这两片磁簧片上的触点镀有一层很硬的金属，通常都是铑和钌，这层硬金属大大提升了切换次数的寿命。玻璃管内通常注入了氮气或一些相似的惰性气体，而部分磁簧开关为了提升切换电压的性能，更会把内部做成真空状态。磁簧开关的密封工序是生产过程中的一道重要工艺，磁簧开关的触点和簧片都相当小巧精致，且磁簧开关采用玻璃封装，密封过程非常容易受损，加工难度较大。
中国专利(公开号：CN113035639A)公开了磁簧开关中短管脚1、长管脚7通过钎焊分别与玻璃管2的两端熔融封接连接。然而现有技术中采用热熔焊的方式进行封装，由于热熔焊存在耗电量高、良率低、成本高以及效率低等问题，不适用于自动化生产。此外，由于焊头长时间接触玻璃，会对焊头造成损坏，一段时间后就需更换焊头，增加了耗材成本，也造成了资源浪费。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，采用非接触式焊接，能够有效减少封装过程对磁簧开关的损伤，加工良率和效率得到有效提高，并可实现与自动化工站高度集成，适用于大规模自动化量产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于磁簧开关密封的激光加工方法。通过激光非接触式熔融磁簧开关外壳端面，使外壳端面熔化，进而形成球状密封端面，密封效果能够同时满足气密性、外壳无气泡、金属簧片无断裂、熔接附着处玻璃呈球状外观以及生产良率的要求。能够有效减少封装过程对磁簧开关的损伤，加工良率和效率得到有效提高，并可实现与自动化工站高度集成，适用于大规模自动化量产。
为实现上述目的，本发明具体采用的加工方法是：(a)、先对内芯及外壳进行夹持固定，确保磁簧开关的上、下两根内芯均居于外壳正中心；(b)、再将第一激光束照射到外壳的一端面的一侧，第二束激光束照射到外壳的一端面的另一侧，外壳端面的两侧受热软化，附着在内芯的金属杆上，形成半球状的熔接端面；(c)、使磁簧开关旋转180°，第一激光束照射到外壳另一端面的一侧，第二激光束照射到外壳另一端面的另一侧，外壳另一端面的两侧受热软化，附着在内芯的金属杆上，与步骤(b)中的半球状的熔接端面共同形成球状熔接端面，形成球状密封端面；(d)、冷却密封端面，检测冷却后的球状密封端面是否满足要求。
通过上述技术方案，能够得到外观饱满的、符合性能要求的球形密封面，球形密封面的密封效果能够达到气密性、外壳无气泡、金属簧片无断裂以及满足生产良率的要求的技术效果。
进一步地，为了能够防止熔接面积不够从而导致无法密封或熔接端面成型异常，所述激光束与所述外壳侧面之间夹角为30°-60°。
进一步地，为了提高球形密封端面形成的成功率，在步骤(b)或/和步骤(c)中还包括在激光束照射的同时，对受热软化的外壳端面朝金属杆方向吹气。
优选地，所述外壳采用有机玻璃外壳。
进一步地，为了保证磁簧开关两端的密封端面的一致性，所述第一激光束和第二激光束对称设置，在外壳上，激光束照射的位置高度相同以及左右对称。
优选地，激光束的波长选择为800-1000nm。
进一步地，为了防止外壳中起气泡，在步骤(b)和步骤(c)中，第一激光束和第二激光束的照射时间均设置为4-5秒。
优选地，步骤(b)或/和步骤(c)中，吹气方向与激光束的照射方向同轴或平行。
优选地，为了提高球形端面的外观的饱满性以及气密性，吹气的气压采用为：5-10L/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过激光束无接触熔融实现磁簧开关的密封，密封效果好，能够有效减少封装过程对磁簧开关的损伤，加工良率和效率得到有效提高，并可实现与自动化工站高度集成，适用于大规模自动化量产；(2)通过设置激光束与磁簧开关之间的角度，能够提高密封端面的密封性以及球形外壳的形成；(3)通过设置吹气步骤以及吹气的气压范围，能够提高球形端面的外观的饱满性以及气密性。
附图说明
图1为本发明实施例中磁簧开关结构示意图；
图2为本发明实施例中磁簧开关一端激光密封加工结构示意图；
图3为本发明实施例中磁簧开关另一端激光密封加工结构示意图；
图4为本发明实施例中磁簧开关激光密封加工完成结构示意图；
图5为本发明实施例中磁簧开关激光密封加工方法流程图。
图中：1、玻璃外壳；2、金属磁簧片内芯；3、金属连杆。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本实施例涉及一种用于磁簧开关密封的激光加工方法。如图1所示，磁簧开关成品由玻璃外壳1和金属磁簧片内芯2组成，金属磁簧片内芯2与金属连杆3相连。
本实施例中以直径0.2mm的镍片内芯连接外径2.5mm、0.15mm厚度的玻璃外壳1为例，介绍磁簧开关密封的激光加工方法。
如图2所示，在装配及密封加工前，玻璃外壳1为空心圆柱体。先采用夹具夹持金属磁簧片内芯2及玻璃外壳1，并将玻璃外壳1套设在金属磁簧片内芯2外部后固定。再将第一激光束的焦点调整至玻璃外壳一端面上的A点，第二激光束的焦点调整至同一外壳端面的B点，第一激光束和第二激光束左右对称设置，A、B两点高度相同、左右对称设置，控制激光器出光，光束到达A点后，A点处的玻璃外壳受热软化，附着在金属连杆3上，形成半球状的熔接端面。同理B点形成另一个半球状的熔接端面。
随后，如图3所示，驱动磁簧开关旋转180°，第一激光束照射到外壳另一端面的的C点，第二束激光束照射到外壳另一端面的D点，C、D两点高度相同、左右对称设置，外壳另一端面的两侧受热软化，附着在内芯的金属杆上，与AB端处的半球状的熔接端面共同形成球状熔接端面，形成球状密封端面。
最后，如图4-5所示，冷却球状密封端面，并对冷却后的球状密封端面进行检测，检测密封端面的形状、气密性是否满足要求；同时检测玻璃外壳中有无气泡、金属簧片是否无断裂是否满足生产良率的生产要求。
由此，玻璃外壳1的两端可形成球状的密封封装。由于金属磁簧片内芯2及玻璃外壳1的尺寸非常小，一次出光即可完成熔接。
进一步地，激光束与玻璃外壳1侧面之间夹角为30°。在显微镜下，取成型后的球形截面进行水平方向X轴和垂直于水平方向Y轴两个方向上截面距离进行测量，激光束与外壳侧面不同夹角的测量数值，以及对球形密封端面的影响如下表1所示：
Figure BDA0003618887740000041
表1
进一步地，为提高熔接效果，使玻璃外壳受热软化后朝向金属杆方向掉落，在激光束照射的同时，对受热软化的玻璃外壳1端面朝金属杆方向吹气，辅助熔接端面的球面成型，以使玻璃外壳附着得更严密。优选地，吹气方向与激光出光方向朝向同轴或平行，吹气气压选择为：10L/min。
优选地，采用100W的连续激光器，激光光束中心波长为808nm，激光器激光光束输出模式为连续模式，加工功率设置为35W，出光时间设置为4s，激光器可输出平顶光束，能量分布均匀。成品的磁簧开关满足气密性、玻璃外壳无气泡、镍片内芯无断裂、熔接附着处玻璃呈球形外观以及生产良率满足生产的要求。
实施例二：
本实施例以直径0.1mm的镍片内芯连接外径2mm、0.2mm厚度的玻璃外壳为例。
除与实施例一中相同的加工步骤外，进一步地，激光束与玻璃外壳1侧面之间夹角为45°。在显微镜下，取成型后的球形截面进行水平方向X轴和垂直于水平方向Y轴两个方向上截面距离进行测量，激光束与外壳侧面不同夹角的测量数值，以及对球形密封端面的影响如下表2所示：
Figure BDA0003618887740000051
表2
进一步地，为提高熔接效果，使玻璃外壳受热软化后朝向金属杆方向掉落，在激光束照射的同时，对受热软化的玻璃外壳1端面朝金属杆方向吹气，辅助熔接端面的球面成型，以使玻璃外壳附着得更严密。优选地，吹气方向与激光出光方向朝向同轴或平行，吹气气压选择为：10L/min。
优选地，采用100W的连续激光器，激光光束波长为915nm，激光器激光光束输出模式为连续模式，加工功率设置为30W，出光时间设置为5s，激光器可输出平顶光束，能量分布均匀。加成品的磁簧开关满足气密性、玻璃外壳无气泡、镍片内芯无断裂、熔接附着处玻璃呈球形外观以及生产良率符合产品的要求。
实施例三：
本实施例以直径0.1mm的镍片内芯连接外径2mm、0.2mm厚度的玻璃外壳为例。
除与实施例二中的相同加工步骤外，进一步地，激光束与玻璃外壳1侧面之间夹角为60°，在显微镜下，取成型后的球形截面进行水平方向X轴和垂直于水平方向Y轴两个方向上截面距离进行测量，激光束与外壳侧面不同夹角的测量数值，以及对球形密封端面的影响如下表3所示：
Figure BDA0003618887740000061
表3
进一步地，为提高熔接效果，使玻璃外壳受热软化后朝向金属杆方向掉落，在激光束照射的同时，对受热软化的玻璃外壳1端面朝金属杆方向吹气，辅助熔接端面的球面成型，以使玻璃外壳附着得更严密。优选地，吹气方向与激光出光方向朝向同轴或平行，吹气气压选择为：5L/min。
本实施例中采用100W的连续激光器，激光光束波长为980nm，激光器激光光束输出模式为连续模式，加工功率设置为30W，出光时间设置为4.5s，激光器可输出平顶光束，能量分布均匀。加成品的磁簧开关满足气密性、玻璃外壳无气泡、镍片内芯无断裂、熔接附着处玻璃呈球形外观以及生产良率符合产品的要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(a)先对内芯及外壳进行夹持固定，确保磁簧开关的上、下两根内芯和外壳对应位置准确；
(b)再将第一激光束照射到外壳的一端面的一侧，第二束激光束照射到外壳的一端面的另一侧，外壳端面的两侧受热软化，附着在内芯的金属杆上，形成半球状的熔接端面；
(c)使磁簧开关旋转180°，第一激光束照射到外壳另一端面的一侧，第二激光束照射到外壳另一端面的另一侧，外壳另一端面的两侧受热软化，附着在内芯的金属杆上，与步骤(b)中的半球状的熔接端面共同形成球状熔接端面，形成球状密封端面；
(d)冷却密封端面，检测冷却后的球状密封端面是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，在步骤(b)和/或步骤(c)中，所述激光束与所述外壳侧面之间夹角为30°-60°。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，步骤(b)或/和步骤(c)中还包括，在激光束照射的同时，对受热软化的外壳端面朝金属杆方向吹气。
4.根据权利要求1所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，所述外壳为有机玻璃外壳。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，所述第一激光束和第二激光束对称设置，在外壳上，激光束照射的位置高度相同以及左右对称。
6.根据权利要求1或2或4所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，步骤(b)或/和步骤(c)中，所述激光束的波长为800-1000nm。
7.根据权利要求1或2或4所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，步骤(b)和步骤(c)中，所述激光束的照射时间均为4-5秒。
8.根据权利要求3所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，步骤(b)和步骤(c)中，所述激光束的照射时间均为4-5秒。
9.根据权利要求3所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，步骤(b)或/和步骤(c)中，吹气方向与激光束的照射方向同轴或平行。
10.根据权利要求3所述的一种用于磁簧开关密封的激光加工方法，其特征在于，吹气的气压为：5-10L/min。
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