CN114985924A - 一种薄材件激光焊接方法及构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄材件激光焊接方法及构件，属于焊接技术领域。该薄材件激光焊接方法包括，将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合；控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，其中，所述红外纳秒激光器的焊接功率为80％‑90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600‑700KHZ。本发明旨在解决异种薄材件之间的精密连接问题。

Description

一种薄材件激光焊接方法及构件
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种薄材件激光焊接方法及构件。
背景技术
随着消费电子产品内部集成度的提高，对精密功能性器件的可靠性、精密度、耐疲劳性等要求不断提高，需要改进精密功能性器件的材料、设计和工艺。例如随着智能手机朝着大屏化、轻薄化方向发展，由于普通铝合金强度较低，无法达到性能要求，金属材料开始向强度更大的铝合金、不锈钢甚至钛合金等升级，异种薄材件的精密连接越来越重要。
例如在传统不锈钢和铝合金连接技术中，电子产品上的不锈钢和铝合金进行封装的工艺一般为胶液粘贴，该方法生产周期长，且存在胶液会老化，长期储存或经受不适宜储存的环境后，可靠性降低的问题，其他机械连接方法随着时间的推移，连接的可靠性同样会降低。此外，若采用传统焊接方法，焊接后异种材料之间会生成金属化合物，焊接强度降低，焊接产生的热影响还会使零件周边的塑料件受热变形。
发明内容
本发明旨在解决异种薄材件之间的精密连接问题。
为实现上述目的，本发明提供一种薄材件激光焊接方法，所述薄材件激光焊接方法包括：
将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合；
控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，其中，所述红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ。
可选的，在焊接过程中，所述第二待焊接薄材件远离所述焊点一侧的温度小于130摄氏度。
可选的，所述焊点的金相熔深为300-400um。
可选的，所述光斑由内向外沿螺旋线焊接路径扫描。
可选的，所述螺旋线的螺距为0.03mm，外半径为0.4mm。
可选的，所述焊点包括三个呈三角形布置的焊点，任意两个所述焊点的中心之间的距离大于所述焊点的直径。
可选的，所述第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合的步骤之前，所述方法还包括：
清洗所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件，使所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件的表面均无杂质。
可选的，所述第一待焊接薄材件为0.2mm-4mm厚度的不锈钢，所述第二待焊接薄材件为0.2mm-6.3mm厚度的铝合金。
可选的，所述红外纳秒激光器为SPI 70W红外激光器，所述红外纳秒激光器发出的激光束通过Φ10扫描振镜与F163场镜，在所述第一待焊接薄材件上形成所述焊接光斑。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种构件，包括层叠布置的第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件，所述第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件采用如上所述的薄材件激光焊接方法焊接。
本发明实施例提出的一种薄材件激光焊接方法，该方法通过将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合，控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ。由此，本实施例通过控制红外纳秒激光器发出的高脉宽、高频率的激光束沿第一待焊接薄材件上的螺旋线路径扫描，使得材料部分气化，部分熔化，从而上下层薄材件形成“铆接”结构，进而将两种待焊接薄材件焊接至一起，实现了异种薄材件之间的精密连接。
附图说明
图1为本发明薄材件激光焊接方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明薄材件激光焊接方法第二实施例的流程示意图；
图3为本发明薄材件激光焊接方法焊接示例图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，
在本发明中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。
在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
由于在现有的异种材料连接技术中，若使用机械连接方法，例如胶液粘贴工艺，不仅生产周期长，而且随着胶液的老化或者经受不适宜储存的环境后，连接的可靠性会降低。而传统的焊接方法中，焊缝强度不够，生产效率低，且焊接后异种材料之间会生成金属化合物，焊接强度降低，焊接产生的热影响还会使零件周边的塑料件受热变形，无法满足异种材料的精密连接需求。
本发明提供一种解决方案，通过将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合，控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ，由此实现异种薄材件之间的精密连接。
本申请实施例以下，将对本申请技术实现中应用到的薄材件激光焊接方法进行说明：
参照图1，图1示出了本发明薄材件激光焊接方法第一实施例的流程示意图。
所述薄材件激光焊接方法包括：
步骤S100、将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合；
步骤S200、控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，其中，所述红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ。
本实施例中，第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上，第一待焊接薄材件厚度为0.2mm-4mm，由于置于下方的薄材件远离置于上方的薄材件的一侧焊接不到，因此下方的薄材件厚度可以在0.2mm-6.3mm之间。其中，第一待焊接薄材件和第二待焊接薄材件可以是不锈钢和铝合金，顺序不受限制。
将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合，可以使用治具等将第一待焊接薄材件和第二待焊接薄材件夹紧，保证待焊接薄材件表面平整且减小接触面之间的间隙，防止两层材件之间间隙过大而产生虚焊。
采用红外纳秒激光器，调整红外纳秒激光器与待焊接薄材件之间的相对位置，控制红外纳秒激光器发出的激光束通过扫描振镜，扫描振镜将激光束偏转至场镜，场镜再将激光束聚焦至第一待焊接薄材件表面，在第一待焊接薄材件表面形成焊接光斑。
红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点。焊接时，红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，即56W-63W，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700kHz。从而，本实施例中，红外纳秒激光器可以提供极高峰值功率、高频率的激光束，即激光束的脉冲宽度较高。其中，高脉宽可以有效减小第一待焊接薄材件和第二待焊接薄材件焊接中熔池出现的气孔，高频率可以有效降低功率密度，使得焊接更加柔和，焊接完成后，焊接外观更加平整。在扫描过程中，在极高峰值功率、高频率激光束的持续作用下，第一待焊接薄材件以及第二待焊接薄材件的表面部分被熔化，部分被气化，在两者接触面上，在激光束作用下的第一待焊接薄材件部分向下嵌入第二待焊接薄材件，同样的，第二待焊接薄材件部分向上嵌入第一待焊接薄材件，使得上下层材件形成“铆接”结构，实现异种薄材件之间的可靠连接且相对其他焊接热影响小。
本实施例通过控制红外纳秒激光器发出的高脉宽、高频率的激光束沿第一待焊接薄材件上的螺旋线路径扫描，从而将两种待焊接薄材件焊接至一起，形成“铆接”结构，实现了异种薄材件之间的精密连接。
基于上述图1所示的实施例，提出本发明薄材件激光焊接方法第二实施例，参照图2，图2示出了本发明薄材件激光焊接方法第二实施例的流程示意图。
本实施例中，薄材件激光焊接步骤为：
步骤S90、清洗所述第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件，使所述第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件表面无杂质；
步骤S100、将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合；
步骤S200、控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，其中，所述红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ。
第一待焊接薄材件厚度为0.2mm-4mm，第二待焊接薄材件厚度为0.2mm-6.3mm，本实施例的第一待焊接薄材件选用0.2mm厚度的不锈钢，第二待焊接薄材件选用0.5mm厚度的铝合金。
焊接前，可以通过机械磨削和抛光等方式，使待焊接薄材件达到一定的表面光洁度，或者使用酒精溶液等，通过浸洗，喷洗，超声清洗等方式去除待焊接薄材件的表面杂质。
将清洗后的待焊接薄材件进行干燥处理，在焊接台上，将0.2mm厚度的不锈钢放置于0.5mm厚度的铝合金上。
将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合，可以使用治具等将第一待焊接薄材件和第二待焊接薄材件夹紧，保证待焊接薄材件表面平整且减小接触面之间的间隙，防止两层材件之间间隙过大而产生虚焊。
本实施例中，采用SPI 70W红外纳秒激光器，调整红外纳秒激光器与待焊接薄材件之间的相对位置，控制红外纳秒激光器发出的激光束通过Φ10扫描振镜，振镜将激光束偏转至F163场镜，场镜再将激光束聚焦至第一待焊接薄材件表面，在第一待焊接薄材件表面形成焊接光斑。红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点。
具体的，焊接光斑由内向外沿螺旋线焊接路径扫描，形成螺旋线形状的焊点，如图3所示，螺旋线的螺距b可为0.03mm，外半径a为0.4mm。
具体的，焊点可以为三个呈三角形布置的焊点，如图3所示，任意两个焊点的中心之间的距离大于焊点的直径，即焊点不重叠。
焊接时，红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，即56W-63W，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700kHz。
在扫描过程中，在极高峰值功率，高频率激光束的持续作用下，第一待焊接薄材件以及第二待焊接薄材件的表面部分被熔化，部分被气化，在两者接触面上，在激光束作用下的第一待焊接薄材件部分向下嵌入第二待焊接薄材件，同样的，第二待焊接薄材件部分向上嵌入第一待焊接薄材件，使得上下层材件形成“铆接”结构，实现异种薄材件之间的可靠连接且相对其他焊接热影响小。
需要说明的是，高脉宽激光可以有效减少第一待焊接薄材件和第二待焊接薄材件之间的熔池出现的气孔，高频率可以有效降低功率密度，使得焊接完成后，材件焊接处表面更加平整。
在一示例中，可以将第一待焊接薄材件弯折成“几”字形，如图3所示，处理待焊接薄材件的杂质后，将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上，并使几字形的第一待焊接薄材件的非凸起的两端与第二待焊接薄材件贴合，控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件非凸起表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，使得几字形的第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件贴合的左右两边各形成三个不重叠焊点，以将第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件焊接至一起。焊接完成后，通过几字形的第一待焊接薄材件的凸起部分，测试拉力值，测得的拉力值大于110N。
在一示例中，为防止焊接时温度过高，导致靠近第二待焊接薄材件远离焊点一侧的塑料件熔化，在焊接过程中控制焊接参数，使第二待焊接薄材件远离焊点一侧的温度始终低于130摄氏度，具体的，可以在第二待焊接薄材件远离焊点的一侧贴上点温计探头来测试温度。
在一示例中，焊接完成后使用金相研磨设备研磨焊点，再使用腐蚀液腐蚀焊点，最后使用金相显微镜观察焊点，得到焊点的金相熔深为300-400um，此时，两者可形成稳定的“铆接”结构。
本实施例提出将第一待焊接薄材件弯折成几字形进行焊接，通过几字形薄材件的中间凸起部分测试焊接拉力，方便工艺人员进行工艺参数测试。此外，在焊接过程中，可以使用点温计测试第二待焊接薄材件远离焊点一侧的温度，通过控制焊接参数有效控温，防止焊接的热影响。使用金相显微镜观察焊点的金相熔深，使焊点的金相熔深达到要求值，保证两种薄材件之间的连接紧密可靠。
此外，基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种构件，此构件包括层叠布置的第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件，所述第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件采用如上所述的薄材件激光焊接方法焊接。由于本构件采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，包括：
将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合；
控制红外纳秒激光器发出的激光束在第一待焊接薄材件表面形成的焊接光斑沿螺旋线焊接路径扫描，形成焊点，以将所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件焊接至一起，其中，所述红外纳秒激光器的焊接功率为80％-90％，脉冲宽度为240ns，扫描速度为50mm/s，扫描频率为600-700KHZ。
2.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，所述第二待焊接薄材件远离所述焊点一侧的温度小于130摄氏度。
3.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述焊点的金相熔深为300-400um。
4.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述光斑由内向外沿螺旋线焊接路径扫描。
5.根据权利要求4所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述螺旋线的螺距为0.03mm，外半径为0.4mm。
6.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述焊点包括三个呈三角形布置的焊点，任意两个所述焊点的中心之间的距离大于所述焊点的直径。
7.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述将第一待焊接薄材件放置于第二待焊接薄材件上并紧密贴合的步骤之前，所述方法还包括：
清洗所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件，使所述第一待焊接薄材件与所述第二待焊接薄材件的表面均无杂质。
8.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述第一待焊接薄材件为0.2-4mm厚度的不锈钢，所述第二待焊接薄材件为0.2-6.3mm厚度的铝合金。
9.根据权利要求1所述的一种薄材件激光焊接方法，其特征在于，所述红外纳秒激光器为SPI 70W红外激光器，所述红外纳秒激光器发出的激光束通过Φ10扫描振镜与F163场镜，在所述第一待焊接薄材件上形成所述焊接光斑。
10.一种构件，其特征在于，包括层叠布置的第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件，所述第一待焊接薄材件与第二待焊接薄材件采用如权利要求1至9任一项所述的薄材件激光焊接方法焊接。
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