激光钎焊是一种激光焊接技术。由于其高能量密度,激光可以用作熔化焊丝材料的热源。聚焦后,激光束照射焊丝表面。在机器人的牵引下,熔化的焊丝材料渗入到待焊接的工业零件中,经过激光熔化的焊丝填充到待焊接的生产工件之间,使生产工件能够很好的结合,完成激光焊接过程。
激光钎焊的主要特点是利用激光的高能量密度,实现局部或微小区域的快速加热来完成钎焊过程,关键是合理控制激光功率分布。当激光束集中在焊料上时,焊料因其温度高而熔化过快,而母材因其温度不足而不能很好地润湿母材,影响填充效果,恶化焊点的形成。当激光束集中在母材上时,焊料的温度可能过低,导致焊料的流动性或活性降低,母材可能过热熔化,导致焊料直接进入熔池形成熔焊,形成的脆性相也影响焊点的性能。
焊接不同类型的金属应解决可焊性和可焊性参数范围。不同材料之间的激光焊接仅适用于某些特定的材料组合。
激光钎焊有些部件不适合激光熔焊,但激光可以作为热源进行软钎焊,也有激光熔焊的优点。焊接的方式有很多种,其中激光焊接主要用于印刷电路板的焊接,尤其适用于片式元件的组装技术。
根据加热温度的不同,激光钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。
焊料的液相线温度低于450称为钎焊。主要用于连接印刷电路板的电子元件。集成电路引线由激光辐射加热,热量通过焊料或预置焊料传递到基板。当温度达到焊接温度时,焊料和焊料熔化,基板和引线被润湿以形成连接。YAG激光器广泛应用于激光焊接集成电路。
液相线温度高于450的焊料称为钎焊,主要用于结构钢与镀锌钢板的连接。激光钎焊在连接有色金属方面也有优势。大部分有色金属对激光的反射率高,材料的热导率高,所以激光熔焊需要大功率。激光钎焊银、铜、镍、金、铝等有色金属具有良好的效果,钎焊焊缝组织细小,接头性能良好。
在激光钎焊过程中,整个焊接系统的速度很快,焊缝窄,对外观要求高。焊接系统需要精确的焊接参数,还需要较高的送丝速度和稳定性。焊料的选择也很重要。成本节约不用多说,要满足设计要求,激光钎焊的加热条件要结合母材的性质来实现。这就要求选用的钎料应具有合适的熔点、均匀的成分、良好的稳定性以及与母材的牢固结合。
与其他方法相比,激光焊接具有以下优点
1.由于是局部加热,元件不容易热损伤,热影响区小,所以可以在热敏的元件附近进行焊接
2.采用非接触式加热,无需任何辅助工具熔化带宽,配备后即可加工双面印刷电路板上的双面元件。
3.反复操作稳定性好。该焊剂对焊接工具污染小,激光照射时间和输出功率容易控制,激光钎焊成品率高。
4.激光束容易分裂,利用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时间和空间分割,可以实现多点同时对称焊接。
5.激光钎焊采用波长为1.06um的激光作为热源,可以通过光纤传输。因此,它可以在用常规方法难以焊接的部位进行加工,并具有良好的柔性。
6.聚焦性好,易于实现多工位设备的自动化。
激光钎焊的主要工艺参数如下:
1.激光功率。CO2激光和YAG激光都可以用于激光钎焊,各自的特点与激光熔焊相同。
2.光斑直径。激光钎焊通常采用离焦光斑,光斑大小取决于钎焊缝的宽度。
3.钎焊速度。根据实际钎焊要求,视激光功率而定,激光功率越高,钎焊速度越快。
4.送丝速度。送丝速度主要考虑钎缝的填充和良好的成型。送丝速度要与钎焊速度相匹配,在提高钎焊速度的同时也要提高送丝速度。