一种紫铜激光焊接方法与流程

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种紫铜激光焊接方法。

背景技术：

紫铜具有优良的导电性，导热性，耐腐蚀性等，在电子，化工等行业得到广泛使用，随着电子工业迅速发展，紫铜材料的连接需求越来越多。紫铜的连接一般采用钎焊工艺，但是这种焊接方式需要钎料，增加了耗材，且实际生产效率低下。

激光焊接热量集中，加工效率高，在不锈钢焊接中得到广泛应用。传统的激光焊接采用脉宽为ms级的脉冲激光器，这种焊接主要是通过单个脉冲作用在材料表面对其加热，使得材料表面熔化，熔融的金属进一步向下扩散，使得两层材料熔融，激光作用停止后，熔池冷却凝固形成焊缝接头，但是由于铜材表面对激光的反射率高(对1064nm波长的激光反射率达到90％以上)，使得焊接铜需要较高的激光功率。由于焊接过程中对铜材料的表面状态非常敏感，焊接过程非常不稳定，经常出现表面质量差，焊点熔深不一致，焊接强度不稳定等现象。如专利：一种紫铜激光焊接装置及方法，公开号：104907695A。专利：紫铜焊接剂及紫铜焊接方法，公开号：101767255A。

传统的激光焊接采用光纤激光器对材料进行连续激光作用，由于大功率的激光能量持续作用在材料表面，材料的温度急剧升高。这种焊接只能适用于较厚的铜板(1mm以上)焊接。对于薄板焊接，将无能为力，因为连续的高功率激光将使得薄板变形厉害，焊接难度很大。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种连接可靠、效率高的紫铜激光焊接方法。

本发明采用的技术方案是：一种紫铜激光焊接方法，其过程为：分别对待焊接的两件板状的紫铜工件进行处理使其表面无任何杂质且干燥，将处理过的两件紫铜工件紧密贴合叠放在一起，采用纳秒红外激光器输出激光并沿焊接轨迹扫描其中一件紫铜工件的表面对其进行焊接，被扫描的一件紫铜工件的厚度为0.05-0.3mm，焊接时纳秒红外激光器输出的激光垂直于被扫描的紫铜工件表面。

进一步地，对紫铜工件进行处理的过程为：将紫铜工件放置于清洗液中进行超声清洗10-20分钟，去除紫铜工件表面油污及杂质，然后取出干燥。

进一步地，所述清洗液为丙酮、酒精或去离子水中的任意一种或多种，采用多种清洗液时，依次分别采用清洗液对紫铜工件进行超声清洗。

进一步地，采用工装夹具将两件紫铜工件夹紧使其紧密贴合。

进一步地，所述纳秒红外激光器在焊接时输出激光的平均功率为50-100W、波长为1059-1065nm、单脉冲能量为0.1-1.5mJ、脉冲宽度为10-500ns、扫描频率为25-500kHz、扫描速度为50-200mm/s。

进一步地，扫描紫铜工件表面的焊接轨迹为螺旋线或网格线，螺旋线或网格线中线与线之间的间距为0.05-0.3mm。

进一步地，焊接完成后，采用纳秒红外激光器沿焊接轨迹对焊接面进行激光扫描，去除焊接残渣。

更进一步地，所述纳秒红外激光器在去除焊接残渣时输出激光的平均功率为50-70W、扫描频率为70-1000kHz、扫描速度为500-2000mm/s。

本发明采用纳秒红外激光器焊接紫铜的方法，可以有效控制焊缝深度，对紫铜材料表面的光洁程度没有苛刻要求，采用高的峰值功率，快速达到熔化状态，降低紫铜对激光的反射，实现紫铜之间的可靠连接，同时提高焊接效率，以满足电子产品内部结构连接上的需求，具有极大的应用前景。

附图说明

图1为本发明焊接轨迹为螺旋线的的示意图。

图2为本发明焊接轨迹为网格线的的示意图。

图3为本发明焊接完成后产品剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本实施例紫铜焊接方法的过程为：分别对待焊接的两件板状的紫铜工件进行处理使其表面无任何杂质且干燥，将处理过的两件紫铜工件紧密贴合叠放在一起，采用纳秒红外激光器输出激光并沿焊接轨迹扫描其中一件紫铜工件的表面对其进行焊接，焊接时纳秒红外激光器输出的激光垂直于被扫描的紫铜工件表面。

本实施例适合焊接较薄的紫铜材料，故对纳秒红外激光器输出激光扫描的其中一件紫铜工件的厚度限定为0.05-0.3mm，即限定焊接的一面紫铜材料的厚度，对非焊接的一面紫铜材料厚度不做要求。本实施例采用的两件紫铜工件厚度均为0.2mm，长度与宽度分别为50mm和30mm。两件紫铜工件的厚度均在限定范围内，故焊接时可以扫描其中任意一件紫铜工件。本实施例进行焊接时采用的纳秒红外激光器输出激光的平均功率为50-100W、波长为1059-1065nm、单脉冲能量为0.1-1.5mJ、脉冲宽度为10-500ns、扫描频率为25-500kHz、扫描速度为50-200mm/s。焊接采用的运动机构为扫描振镜，纳秒红外激光器输出的激光经过聚焦透镜后作用在材料表面。

焊接的具体步骤如下：

1、保证紫铜工件在焊接前的清洁，将紫铜工件放置于清洗液中超声清洗10-20分钟，去除表面的油污，使其表面干净无任何杂质，然后取出干燥。其中采用的清洗液可以是丙酮、酒精或去离子水中的任意一种或多种，采用多种清洗液时，依次分别采用清洗液对紫铜工件进行超声清洗。

2、两件紫铜工件均处理完成后，采用工装夹具将两件紫铜工件夹紧使其紧密贴合，减小两者之间的间隙，避免两层材料之间的间隙过大，导致焊接后产生虚焊。

3、采用纳秒红外激光器作为光源进行焊接，具体方法为：纳秒红外激光器输出的激光沿一定焊接轨迹扫描其中一件紫铜工件表面，扫描过程中，激光垂直于紫铜工件表面，激光器的高峰值功率(10kw)作用在紫铜工件表面，紫铜工件的温度快速升高，达到熔化状态，避免了传统ms激光器焊接过程中的高反射现象。在高频率激光束的持续作用下，此时熔化状态的上层紫铜材料会嵌入下层紫铜材料内部，同时，下层的紫铜材料部分上移，嵌入上层紫铜材料内部，形成连接点，焊接完成。由于采用的是多个脉冲持续作用在紫铜材料上，因此对紫铜材料表面的状态没有苛刻的要求，焊接过程稳定，焊接熔深一致可控，解决薄板铜材料等高反材料的焊接稳定性问题。通过优化纳秒红外激光器输出激光的工艺参数能够得到最佳的强度。本发明纳秒红外激光器输出激光的优选参数为平均功率为70W、扫描频率为200kHz、扫描速度为60mm/s。

上述激光扫描的焊接轨迹一般为螺旋线或网格线，如图1、图2所示，螺旋线或网格线中线与线之间的间距L为0.05-0.3mm，优选为0.1mm。扫描焊接的范围可以根据产品需要进行调整，可以是圆形或方形或其他形状。

4、焊接完成后，对焊点表面进行修饰，可以得到较好的焊点外观，操作过程为：采用较小功率的纳秒红外激光器沿焊接轨迹对焊接面进行激光扫描，去除焊接残渣，使焊点表面外观更加平整。纳秒红外激光器在去除焊接残渣时输出激光的平均功率为50-70W、扫描频率为70-1000kHz、扫描速度为500-2000mm/s。优选功率为70W、频率为500kHz，扫描速度为2000mm/s。

5、经试验测试：焊接完成后，测试一个焊点的剪切力，两件紫铜搭接接头的拉伸剪切力为105.2N(3个焊点，点间距1mm)，对焊点切面的分析，将焊点切割，打磨抛光，化学腐蚀，得到焊接切面图，如图3所示，发现上层紫铜1嵌入下层紫铜2，下层紫铜2嵌入上层紫铜1，形成“铆接”式的焊点3，增加了焊接强度，能够满足绝大部分电子器件内构件中对不锈钢与铝合金连接接头的质量要求。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。