铝合金刻蚀真空反应腔体磁铁零件激光填丝焊接工艺的制作方法

本发明涉及铝合金刻蚀真空反应腔体磁铁零件激光填丝焊接工艺，生产半导体器件、集成电路芯片和平板显示器的专用生产设备，制造业刻蚀真空反应腔体磁铁零件特种焊接技术，IC装备300mm内衬铝合金零件激光填丝焊接的技术。

背景技术：

300m内衬反应腔，是晶圆刻蚀生产设备中核心零部件，因零件精度要求高，要求焊接十分精密，目前能满足此焊接要求首选电子束焊接，但因为零件内镶有磁铁，磁场对电子束会产生影响，这使得电子束焊接此类零件十分困难，因此用同样高能量密度的激光焊接代替电子束焊成为国内外首要研发课题，突破激光填丝焊接代替电子束焊技术，不但可以打开国外市场，还可以促进国内IC装备产业的发展。

300mm内衬铝合金刻蚀真空反应腔体焊接难点；

1)激光填丝焊接受多种因素影响，激光功率和焊接速度的匹配，焊接速速和填丝速度的匹配，组对间隙的大小，离焦量，光丝间距等微量变化，都对焊接气孔及焊接外观成型有很大影响，焊接参数的不匹配，非常容易导致焊接缺陷的产生。如气孔，焊接表面凹凸不平，焊接余高多大或填充不足等。

2)激光填丝焊接变形控制，焊接要求组对间隙，既要保证两侧间隙一致，又要防止一侧焊接，引起另一侧焊缝变形收缩，且焊后不允许加工。

3)激光填丝焊接铝合金，属于特种焊接技术，目前国内尚不成熟，可借鉴经验少；

4)焊接过程全自动，一次焊接成型，过程无法中断，无法观测焊接过程是否产生缺陷。

5)零件清洁度要求极高，任何污染都可能导致焊接气孔及焊接缺陷的产生，要求焊前必须化学清洗，装配过程必须在洁净间完成，所有接触零件必须戴洁净橡胶手套，不允许使用棉线手套等，并且短时间内完成焊接，防止化洗后零件重新污染。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种铝合金刻蚀真空反应腔体磁铁零件激光填丝焊接工艺。

本发明采用的技术方案是：

本发明的优点是：

1.高能量密度的激光焊不受磁场影响，焊接变形小，焊接性能良好，激光填丝焊接代替电子束焊技术焊接同类产品。

2.焊接变形小，焊接质量稳定，焊接效率高。

3.本发明可以打开IC装备零部件对国际技术的封锁，同样高能量密度的激光焊接代替电子束焊降低成本，解决电子束焊受磁场影响的问题，突破激光填丝焊接代替电子束焊技术，可以促进国内IC装备产业的发展。

附图说明

图1是本发明激光填丝焊接示意图。

图2是本发明零件示意图。

图3是主体与盖板接头示意图。

图4是焊道示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明进一步详细说明。

一种铝合金刻蚀真空反应腔体磁铁零件特种焊接专业技术,采用先进激光填丝焊接技术,将3mm厚磁铁密封盖板与300mm主体真空腔体进行焊接的焊接工艺，腔体主体外壁一周镶嵌磁铁,磁铁用1.5～3mm铝合金盖板密封；所采用的焊丝牌号：R4047(AWS A5.10/A5.8 F23)；焊丝直径：φ1.2mm；电源：IPG 6KW激光器，包括焊前按照美国应用材料清洗标准0250-20000,进行化学清洗、焊接过程及组装过程以及焊后处理在万级洁净间中进行，其中焊接过程工艺参数为：

激光功率3.5～4KW；焊接速度：4.2～5.5m/min；填丝速度：5.5～6.5m/min；保护气体：Ar，99.999％；组对间隙：0.4～0.6mm，离焦量-7mm；光丝间距0.8～1.5mm；气体流量：10～12L/min，激光头倾斜9°,送丝角度45±10°,保护气与工件距离12±1mm,丝干伸出长度为6-7mm。

其焊接系统组成如下：①激光类型：6KW IPG光纤激光器；②机器人：KUKA KR3HA③光束传输系统：光纤芯径：200μm；④聚焦系统：Head焊接头：HIGHYAG(302FF聚焦焦距/150CF准直焦距；⑤送丝系统,:福尼斯自动送丝机KD7000；⑥焊缝监控系统：CCD；⑦变位机：德国KUKA DKP400变位机。

全过程为自动焊接，使用库卡机器人示教及编程，库卡变位机辅助焊接变位，福尼斯焊丝系统自动送丝。

具体步骤如下：

(1)焊接盖板模拟件焊接：

焊接盖板设计两处凸台进行定位，即可以作为工装，对零件进行轴向定位，又可以有效控制焊接轴向变形，使两侧焊缝均匀

(2)零件专用工装的使用：

焊接工装分为内撑和外压，内撑保证零件同心，并且带动零件随变位机转动，外压工装保证焊接过程中，盖板仅仅贴合在零件母体上，并且控制焊接变形

(3)起弧收弧：

激光填丝焊接，出光同时自动填丝，填丝结束，延迟收光100μs，保证收尾相接处，无过多搭接，无弧坑，保护气延迟5s关闭

(4)保护气；

焊接保护气，采用高纯度氩气(Ar，99.99％),半导体零部件产品，严禁接触含铜制品，保护气嘴需选用不锈钢材质，另外保护气嘴距离工件距离为12±2mm，既要满足焊接过程保护焊接熔池不被氧化，又要避免焊接干涉。

3mm厚铝合金激光填丝焊接，焊缝一次成型，焊缝不允许出现咬边，气孔，裂纹等焊接缺陷，余高小于0.75mm，外观成型均匀连续，呈金属光泽。

工艺参数为：所采用的焊丝牌号：R4047(AWS A5.10/A5.8 F23)；焊丝直径：φ1.2mm；电源：IPG 6KW激光器，包括焊前按照美国应用材料清洗标准0250-20000,进行化学清洗、焊接过程及组装过程在万级洁净间中进行,以及焊后处理，其中焊接过程工艺参数为：

激光功率3.5～4KW；焊接速度：4.2～5.5m/min；填丝速度：5.5～6.5m/min；保护气体：Ar，99.99％；组对间隙：0.4～0.6mm，离焦量-7mm；光丝间距0.8～1.5mm；气体流量：10～12L/min。

焊接工艺参数:所采用的焊丝牌号：R4047(AWS A5.10/A5.8 F23)；焊丝直径：φ1.2mm；电源：IPG 6KW激光器，包括焊前按照美国应用材料清洗标准0250-20000,进行化学清洗、焊接过程及组装过程在万级洁净间中进行,以及焊后处理，其中焊接过程工艺参数为：

激光功率3.5～4KW；焊接速度：4.2～5.5m/min；填丝速度：5.5～6.5m/min；保护气体：Ar，99.99％；组对间隙：0.4～0.6mm，离焦量-7mm；光丝间距0.8～1.5mm；气体流量：10～12L/min，激光头倾斜9°,送丝角度45±10°,保护气与工件距离12±1mm,丝干伸出长度为6-7mm。

检验:1)100％目视检测：执行标准AWS C7.4Annex D Class A。(2)样件宏观腐蚀检验。(3)氦气测漏：漏率要求1×10E-9SCC/SEC

激光填丝焊接(LBW)采用R4047，φ2.0mm焊丝，试件板厚3mm，间隙0.5mm，对接。试板焊后按AWS B2.1 M2014标准规定焊接接头拉伸及弯曲试验方法制备试样、测定性能，确认试验记录正确。焊接材料工艺评定机械性能试验结果见表1、表2。

表1 6061铝合金焊接工艺评定机械性能试验结果(拉伸试验)

表2 6061铝合金焊接工艺评定机械性能试验结果(弯曲试验)

应用：利用上述焊接工艺，采激光填丝自动焊，解决无法采用电子束焊接，激光预置嵌条焊接等问题，焊后几乎没有变形，可一次焊接成功，焊后外观良好，无焊接缺陷，成功通过焊后目视检测，及泄漏检测。