本发明涉及金属焊接
技术领域：
，特别是一种3C键盘中铝板与铝架组件的焊接工艺方法。
背景技术：
：现有技术中，铝板与铝架组件通常采用超声波摩擦焊、电阻碰焊、YAG激光点焊等焊接方式。超声波摩擦焊：工作原理是通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于接触面的热量不能及时散发，聚集在焊区，致使两个焊接物的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。缺点：焊接时需要很大的施工空间，而键盘的铝质组件是立体复合半封闭式的对铆工件，不允许有这么大的施工空间；超声波摩擦焊是双面接触式焊接，需要很强的应力，会直接将双侧的工件产生凹陷，严重影响外观；需要模具压合焊接，模具不很很小，很难满足键盘铝质组件对接面积只有2-3mm²的情况，且极易损坏模具；焊接速度慢，焊接一个5mm²面积需要4-10秒，且需要10-20秒钟进行装夹；难以实现对键盘铝质组件的自动化焊接。电阻碰焊：接触式加工，需要上下通电，在接触点形成电加热场从而形成焊接效果。缺点：出点比较大，出点容易断而造成虚焊、焊接不一致；电阻焊焊接时需要很大的施工空间，而键盘的铝质组件是立体复合半封闭式的对铆工件，不允许有这么大的施工空间；不适合焊接本身是储电放电的工件。YAG激光点焊：非接触式焊接，依靠YAG激光器发射的脉冲激光点而形成焊接，焊斑最小可达0.4mm。但缺点是：YAG焊接工艺适合焊单个的点、或者由单个的点形成的线条，不适合做大面积的焊接；YAG激光焊接厚度为0.4mm左右的高反铝质材料时，激光能量穿透后对底部1.8mm板材的穿透深度小，在焊接面积小于2mm²时焊接强度低，拉力小，往往小于10N；YAG整机占地面积大（整套系统约需3-5平方米），能耗高（约10KW），有耗材（氙灯、光纤、保护镜片、滤芯、水等），焊斑会随氙灯的衰减而变弱，从而导致焊点不一致，长期运行不稳定；焊接效率相对传统焊接高，但效率只有本工艺的20-50%。技术实现要素：为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种3C键盘中铝板与铝架组件的焊接工艺方法。本发明的一种3C键盘中铝板与铝架组件的焊接工艺方法采用以下技术方案：一种3C键盘中铝板与铝架组件的焊接工艺方法，包括如下步骤：（1）激光器选型：采用50-150W的Fiber激光器作为焊接光源，激光器采用MOPA、调Q、QCW准连续脉冲等类型；（2）激光光学器件的配置：采用适合于光斑直径是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振镜作为焊接光束运动组件；采用石英或者聚合物场镜作为聚焦光学组件，场镜的规格为F=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330、350mm中任一种；（3）焊接前对铝架、铝板的预处理；（4）铝架、铝板的摆放与压合；（5）确定激光参数设置与工艺重点；（6）激光被振镜扫描形成的图案的轨迹与工艺方法：由外至内进行圆形的螺旋形填充，内侧半径≈0.04mm，线间距0.02-0.1mm，外径1-2mm；或采用与轮廓渐变的环状线填充的轨迹，外轮廓可以是圆形、多边形、规则或者不规则的其他图形；或采用平行的线条连续或者线条不连续的填充的轨迹；（7）整个键盘多个焊坑自动化运行：采用XY十字平台+振镜分割进行拼接焊接，采用机械手装载振镜所在的光路的整体移动进行分割焊接。进一步地，铝架规格为1.8mm，铝板规格为0.4mm。进一步地，步骤（7）中，焊接时需要对焊区进行保护气体覆盖，可以采用Ar2、N2或空气对焊区进行保护气体覆盖。进一步地，步骤（3）中，铝架为机加成型且被做过阳极氧化处理，且用激光打标机将图纸标定的与铝板接触处的阳极层破坏掉；铝板为冲压成型且未被阳极氧化处理，铝板上在图纸标定的坐标位置冲压出数个深度＜1mm的、底部都位于一个平面上的、用于与铝架接触的焊接凹坑。进一步地，焊接凹坑有以下几种中任一种：中央圆形坑、边上半圆形坑、边上条状或圆弧状坑。进一步地，步骤（4）中，铝架位于下方铝板位于上方，装好键盘内的软板、按键等组件后，按设计图纸将铝架、铝板对好位置后，放入仿形治具中，仿形治具底部与铝架充分接触，顶部能够将铝板充分压合，以便铝板与铝架能够充分接触，且每个焊坑都受力均匀。本发明的优点在于：采用60-150W级别的中低功率光纤激光器作为焊接光源、减少焦深波动的光学系统、一系列的焊接工艺方法来焊接该类型组件，从而实现以下技术效果：1.解决了高能量密集度的激光光束带来的焦深波动现象。2.实现了单个焊接处的拉拔力≥15N，实现整体对拉拉力大于200N。3.实现了各个焊接点的产品一致性与长期稳定可靠性。4.实现了四个角与四条边的搭接处的可靠性与高强度。具体实施方式：现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。在一种优选实施方式中，本发明的一种3C键盘中铝板与铝架组件的焊接工艺方法，包括如下步骤：1、激光器选型：采用50-150W的Fiber激光器作为焊接光源，激光器可以是MOPA、调Q、QCW准连续脉冲等类型，但绝不能使用YAG、直接半导体等类型激光。2、激光光学器件的配置与重点注意事项：采用适合于光斑直径是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振镜作为焊接光束运动组件。采用石英或者聚合物场镜作为聚焦光学组件，场镜的规格可以是：F=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330、350mm等。本配置可以有效减少高能量密集与较高功率场合结合在一起时，激光在大范围内光点一致、焦深一致，焦深不随时间、环境温度变化而变化的情况。注意事项：2.2可减少焦点随加工时间变长、透镜温度升高而产生焦距变短的现象；若采用普通的K9材质的场镜往往会有大范围内焦深随时间、环境温度变化而变化的情况，易造成焊接不稳定、不一致现象。3、焊接前对铝架、铝板的预处理：3.1、铝架通常机加成型且被做过阳极氧化处理，需要用激光打标机将图纸标定的与铝板接触处的阳极层破坏掉；3.2、铝板通常冲压成型且未被阳极氧化处理，铝板上已在图纸标定的坐标位置冲压出数个深度＜1mm的、底部都位于一个平面上的、用于与铝架接触的焊接凹坑（以下简称为“焊坑”）；焊坑有以下几种：中央圆形坑（直径约2.2mm）、边上半圆形坑（直径约2.2mm）、边上条状或圆弧状坑等。如果铝板底部有脏污，需要进行清洗处理（包含用激光打标机进行去污渍处理）。4、铝架、铝板的摆放与压合4.1、1.8mm的铝架位于下方，0.4mm的铝板位于上方，装好键盘内的软板、按键等组件后，按设计图纸将铝架、铝板对好位置。4.2、将他们放入仿形治具中，仿形治具底部必须与铝架充分接触，顶部能够将铝板充分压合，以便铝板与铝架能够充分接触，且每个焊坑都受力均匀。激光参数设置与工艺重点列表：激光参数参数值工艺重点（在其他参数不变时）功率40-110W1、若功率设置偏小，则焊痕越窄，表面热现象越少，焊池熔深越浅，拉力偏小，甚至难以形成焊接现象；2、若功率偏大，则焊痕越宽，表面气化现象越严重，焊池熔深越深，拉力因气化太多、焊斑周围材料变脆而丧失，可能因焊接过度而失去意义；3、若功率适中，则焊痕合适，焊池熔深0.05-0.4mm，表面气化现象不严重，材质可靠，焊接件互相熔接良好，拉力可≥20，试验中曾达到74N，普遍是≥35N。频率60-650KHz一般选用略高于该激光器当前脉宽所对应的“功率降频率”1-10%的频率，以免造成功率低于预设功率，或单点能量比预设的少。脉宽20-200ns一般选用20-200ns，过低会造成吸收比少而需要大幅加大功率设置，过高会产生过多的气化现象而影响焊接效果。6、激光被振镜扫描形成的图案的轨迹与工艺方法控制软件设定了激光的特色后，一但开启就会发出相应的光束。该光束在铝板、铝架间如何排布、形成多大面积的图案，填充密度、方向、及填充形式直接影响了焊接效果。经我们多次实验获得数据如下：6.1、采用呈圆形的螺旋形填充的轨迹，具体工艺细节及效果如下：6.1.1由内至外进行圆形的螺旋形填充，内侧半径≈0.04mm，线间距0.02-0.1mm，外径1-2mm。按本填充形成的焊接轨迹使用合理的参数焊接后，结果是：内部焊接不充分，外侧边沿容易因热胀冷缩过于剧烈而产生龟裂现象。6.1.2由外至内进行圆形的螺旋形填充，内侧半径≈0.04mm，线间距0.02-0.1mm，外径1-2mm。按本填充形成的焊接轨迹使用合理的参数焊接后效果会很好：中心焊接充分，铝板边沿由接触面至非焊接面的过度明朗，材料的强度不错，不易变脆、拉力一般比YAG的高，通常≥30N，有Ar2或N2气体保护的情况下拉力可达到70N。6.2、采用与轮廓渐变的环状线填充（即：回型填充）的轨迹，外轮廓不一定是圆形，可以是多边形、规则或者不规则的其他图形时，具体工艺细节及效果如下：整个轮廓可以是多边形（可以有倒角）、圆形或椭圆形，面积约1-3mm²，内部环状线的线间距0.02-0.1mm，6.3、采用平行的线条连续或者线条不连续的填充的轨迹6.4、采用只形成外围一圈（单线、或者经过重复填充形成的环状）的轨迹：当环形形成的焊接宽度小于0.4mm、环形外径小于1.5mm时，焊接拉力小于15N。7、整个键盘多个焊坑实现自动化运行的工艺办法常规键盘的平面尺寸大约是：长300-500mm，宽110-200mm。焊接这样的尺寸时采用的工艺办法如下：7.1、采用XY十字平台+振镜分割进行拼接焊接。具体有以下三种方法：方法1、采用工件做XY运动、振镜及光路静止的方法：XY十字平台装载键盘及夹具进行XY2D运动，当运动到指定区域时，XY平台停止，控制系统控制激光及振镜在指定的坐标（一个或者多个坐标）进行焊接。方法2、采用工件静止、振镜及光路做XY运动的方法：焊接时键盘及夹具静止，XY十字平台装载着振镜及部分光路系统进行XY2D运动，当运动到指定区域时控制系统控制XY静止，并控制激光及振镜在指定的坐标（一个或者多个坐标）进行焊接。方法3、采用工件做X(或Y)运动、振镜及光路做Y（或X）运动的方法：本方法是采用半龙门结构，将工件位于下方、振镜光路位于上方，二者各做1D运动，经系统控制形成二维运动；当到达设定位置时，系统控制激光及振镜在指定的坐标（一个或者多个坐标）进行焊接。7.2、采用机械手装载振镜所在的光路的整体移动进行分割焊接：焊接时，机械手装载振镜所在的光路的整体进行运动，当到达设定的位置是，机械手静止，系统指挥振镜及激光在指定的坐标（一个或者多个坐标）进行焊接。8、焊接过程中吹气保护系统的工艺方法。焊接时需要对焊区进行保护气体覆盖（直接吹气或形成保护气体池），气体种类以及用气方式下表：种类吹气方式吹气气压时长注意事项Ar2对吹或保护池0.05-10bar同步N2对吹或保护池0.05-4bar同步气压过大易形成氮化铝、不牢固空气对吹0.05-2bar同步气压过大易氧化、焊接不牢固若不吹气体，当焊点不密集时(间距＞10mm)可以用于焊接，但飞溅物容易伤害镜头，烟尘容易影响焊接效果。本发明利用FIBER激光器产生的高能量密集度的激光光束，通过合理的光学器件，稳定的输出到焊接处，穿透上层铝块；再通过振镜运动形成设定的轨迹，巧妙形成一定面积的焊痕，同时利用高速焊接时堆垒焊痕可相互作用形成熔深比较深的熔池，在吹气保护等工艺的配合下，就形成了牢固的焊接。本工艺方法作用下整个键盘的拉力、抗震、抗摔等破坏实验数据优越于YAG焊接工艺；采用FIBER激光器作为焊接光源，比YAG灯泵浦激光器运行更稳定；比超声波、电阻碰焊、YAG焊接工艺更快的速度；加工空间上比超声波、电阻碰焊小；加工速度是超声波、YAG的3-10倍；能耗比YAG小约8-10倍；综合减低运营成本3-8倍；社会效益大。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中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