深圳pcb抄板：小功率激光填丝焊接技术研究

　　而针对不允许受高热、易变形等薄壁结构，微型结构及各种复杂异形结构的填丝焊接研究则较少，这类零部件由于焊缝对接间隙宽度不确定，间隙形状随零件对接处的加工状况和装配质量随机变化，因而无法自动控制被焊工件的运行，http://www.pcbspace.cn也无法控制填丝的填充方向和速度。本课题主要研究利用较小功率脉冲YAG激光做较小零件填丝焊接的工艺参数对焊接热影响区及焊缝成形的影响。

　　激光填料焊接原理

　　激光填料焊接是指在焊缝中预先填入特定焊接材料后，用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的方法。

　　与非填丝焊接相比，激光填丝焊接具有以下优点：(1)避免了对工件加工、装配要求过于严格的问题；(2)可实现用较小功率焊接较厚、较大的零件；(3)可以通过改变填丝成分控制焊缝区域组织性能。

　　试验条件和内容

　　1 试验条件

　　试验采用平均功率为200W的YAG脉冲激光器，激光输出模式为低阶模，聚焦透镜焦距f=100mm，氮气保护。

　　2 试验内容

　　试件是由直径Φ=1mm的不锈钢丝经特殊方法弯制成形的，图1(a)所示是其中的一种。激光填料焊接需要做的就是在开口一翼缺料处填料并焊接，使被切开的一翼闭合形成一缝隙，另一翼可以在此缝隙内移动。缝隙长约4mm，待焊接处焊接后两翼可以方便地开合。

　　试件总长度约为4cm，填丝为同牌号不锈钢丝，直径为Φ=0.4mm。采用氮气作为保护气体，通过旁轴喷嘴对焊接试件进行保护。焊接示意如图2所示。

　　焊接时，使用专用夹具将焊接试件固定在气体保护区域内，采用手动触发激光及手动送丝的方式进行焊接。因试件较小，经激光填丝焊接加工后的试件，被焊接处常常会有较多填料熔融堆积，所以，被焊接位置还需打磨修整，使焊接部位与周围组织形成光滑过渡，如图1（b）所示。

　　在焊接时，选用不同的焊接工艺条件(激光功率、激光作用时间、焦点位置、填丝角度、填丝速度等)对样件进行试验。

　　试验结果与讨论

　　在焊接试验中，只有在激光输出功率小于40W，且作用时间较短时，填丝及试件基体较为均匀地受热，从而避免产生过高温度使样件变形，也避免了填丝的汽化和蒸发。经破坏性试验证明，其焊缝强度达到要求。

　　1 　激光输出功率的影响

　　由于试件较小，激光输出功率稍微发生改变，焊接热影响区尺寸就会发生较大变化，当功率升高几瓦时，样件会因温度过高而被蒸发，甚至熔断；当功率太低时，试件则会因能量密度不足而不能熔融，即使延长作用时间，也只能使试件发红而变形，仍旧不能实现熔融焊接。

　　2 　填丝速度的影响

　　填丝填充速度不能过快，过快会造成填丝因来不及熔化而堆积，很容易因外力导致填丝脱落使焊缝开焊；如果填充速度过慢又不能达到效果，母材会因长时间被激光作用而熔断。所以，需要掌握较为合适的速度才能获得满意的焊缝。

　　3 　填丝角度的影响

　　填丝角度是试件与填充焊丝之间的夹角，这是影响焊接效果的关键因素之一。如果角度太大，激光不能有效地到达焊接位置，母材与填丝之间不能均匀地受热熔融，就会影响焊缝成型。试验发现较小的填丝角度更有利于焊接。

　　4　焊接速度的影响

　　对于手动激光焊接来说，光斑的重叠量也是影响焊接的重要因素之一。由于样件移动是手动的，移动量太大会使光斑重叠量太小，不能充分熔化填丝及母材，导致焊缝焊接不牢；如果移动量太小，光斑重叠量则会太大，填丝及母材因承受较高能量密度而受高热，导致焊接位置的材料被蒸发甚至熔断。因此，只有选择合适的焊接速度，才能获得令人满意的效果。

　　5　保护气体的影响

　　保护气体的流速和方向对焊缝表面质量起着至关重要的作用，它可以保护熔池不被氧化，带走熔池表面的汽雾以保护聚焦透镜不被蒸发的汽雾污染。气体流量过大或过小均不能得到满意的焊缝。流量过大时，熔池搅拌激烈，易产生气孔等缺陷，并带走大量热量，影响焊接熔融；流量过小则不能起到对工件的保护作用。http://www.pcbspace.cn

　　6　焊点中心位置的影响

　　由于所用激光输出功率较小，因此对激光光斑中心位置的设定也是非常重要的。开始的几个光斑必须对准填丝，先将其熔化摊开后，再考虑与母材的连接。

　　7　被焊零件表面洁净情况的影响

　　被焊工件的表面是否清洁，对焊缝质量起到决定性的作用。清洁不彻底时，焊缝会出现气孔、裂纹等缺陷，这会使焊缝强度大大降低。

　　8　坡口间隙的影响

　　在实际焊接过程中，由于坡口间隙不确定、坡口形状具有很大的随机性，因此，在焊接试验时，需要随时调整焊接速度、送丝速度等参数，否则焊缝就会出现问题。