[发明专利]镀层厚度小于10μm的薄金属工件的激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于高新制造工业技术领域，特别是涉及一种镀层厚度小于10μm的薄金属工件的激光焊接方法。

背景技术

在精密器械制造、电子仪器、电子通讯、以及医疗器械、金属件人体植入等领域，为提高制件的功能、性能、可靠性，近年来使用有金属镀层的金属制件，并要求在其上精密熔化焊接另一金属件的情况越来越多。例如在不锈钢件的表面有金属镀层（如镀镍、镀铜等镀层），而后要求在其上密焊接其它装配件。以往不得不用铆接与钎焊相结合的工艺方法，在工艺上造成一定的麻烦。

近年来随着激光精密焊接技术的应用扩展，期望能用激光焊接方法解决这一技术问题。按常规方法，为保证焊接质量，特别是保证焊接接头的强度，通常要先行将局部镀层去掉，再将待焊接的工件与工件基体间实现激光精密熔化焊接,得到工件间的冶金结合，确保焊接结点的结合强度。

但是在电子仪器或电子通讯设备上使用的镀层工件,表面镀层厚度通常在5-20μm，工件基体的厚度在0.3mm-2.0mm。这种薄的金属件用常规焊接方法焊接时容易发生变形。为保证焊接时不发生明显的变形，要用高能量密度较低功率的脉冲激光束来进行焊接，以保证有极小的热影响区，最小的变形。但低功率焊接往往有较小的熔深，在有镀层存在的情况下只能实现镀层间的焊接，与基体的结合强度很低，达不到焊接接点的强度要求。为实现基体间的熔化焊接，要先用机械的或化学的方法，将焊接处的镀层去掉，再进行焊接。若用较大的功率，虽能获得较深的熔深，但是焊点处的镀层熔化同时基体也会发生部分熔化，虽然工件间能实现基体间的熔合的焊点强度高，但因功率较大，热影响区较大，导致如0.3mm-0.5mm厚的薄金属工件发生变形，不能有效保证工件质量，在实际应用中也很受制约。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能将局部镀层去掉并同时实现基体金属间的熔化焊接的激光焊接方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种镀层厚度小于10μm的薄金属工件的激光焊接方法，首先将待焊接的部件定位然后调整光泵输出一个激光脉冲，所述的激光脉冲在初始时功率快速上升至峰值然后保持预定时段以对焊接区域局部加热并将该区域的镀层烧蚀，然后激光脉冲的功率快速下降至设定焊接功率并保持设定时段以对金属基体进行熔化焊接，最后将激光脉冲的功率下降至零完成激光焊接。

所述的功率快速上升的上升速率等于或高于1kW/ms。

所述的快速下降的下降速率等于或高于0.5kW/ms。

所述的激光脉冲的峰值工作功率为Pp,峰宽为tp，设定焊接功率段的工作功率为Pw，峰宽为tw，其中，Pp*tp=Ec`，tp在1-5ms,设定值段的焊接功率Pw=b*Pp，tw=d*Tp，系数b=0.1-0.7，系数d=1.5-10。

所述的Ec`=k*h*Ec,其中，Ec为烧蚀镀层所需的理论能量，k为与激光物理特性、激光与材料相互作用、激光能量被材料吸收以及光散射因素有关的系数，h为与材料热物理特性、工件形状几何参数以及工件与镀层厚度相关的修正系数，对于基体厚度小于1mm，镀层厚度小于10μm的薄金属工件，k值在10-30，h值在4.4-20.0。

所述的薄金属工件的基体为不锈钢或低合金结构钢。

所述的薄金属工件为镍铬不锈钢表面镀镍层，所述的k在15-30，h在8-20。

所述的薄金属工件为镍铬不锈钢表面镀铜层，所述的k在10-25，h在10-20。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过激光设备的调试对脉冲激光波形进行调控，无需先用其它方法将局部镀层去掉再进行焊接，而是以设计的波形的脉冲激光实现将待焊区域局部镀层烧蚀、并实现基体金属间的熔化焊接，实现冶金结合，保证焊接点的强度，同时焊接效率高，一次调整输出即可完成镀层烧蚀和焊接连接同步完成，能有效保证焊接质量的一致性，有利于工业化生产。

附图说明

图1为本发明的激光脉冲波形图；

图2本发明实施例的激光脉冲波形；

图3为本发明实施例焊接件焊点排列分布图；

图4为装配焊前不锈钢件截面的形貌；

图5为焊接后焊点截面的形貌。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。