联赢激光-yag脉冲激光焊接.pdf

联赢激光之联赢激光之YAGYAG脉冲激脉冲激 光焊接光焊接1.激光焊接UPH（秒/点）• 根据设备特性及设备承受 能力加以说明，不同输出功率的激光设备的焊接UPH不同序号序号设备型设备型 号号UPH1UW-025A1~20HZ，即1~20点/ 秒2UW-075A1~100HZ，即1~100点 /秒3UW-150A1~100HZ，即1~100点 /秒4UW-300A1~300HZ，即1~300点 /秒5UW-300A1~300HZ，即1~300点 /秒• 工艺角度激光焊接UPH即激光脉冲频率不同产品的焊接工艺参数是不同的，脉冲频率的大小与激光峰值功率和脉冲宽度相关计算公式：激光峰值功率/W*脉宽/S*频率/HZ=平均功率/W举例说明：18650电池极耳的焊接 使用设备UW-300A 激光峰值功率1.5KW 脉宽1ms计算：1500W*0.001S*频率/HZ=300W频率=200HZ即激光焊接UPH为200点/秒2.激光焊接与阻抗焊接的优缺点说 明• 阻抗焊接不了解，不作说明 • 激光焊接优点：1）速度快、深度大、变形小2）可焊接难熔材料，并能对异性材料施焊，效果良好3）激光聚焦后，功率密度高，焊接深宽比大4）可进行微型焊接5）非接触焊接，可焊接难以接近部位，灵活性大6）易实现时间和空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工7）可近距离观察，产品工艺的可控性强，焊接一致性好• 激光焊接局限性：1）要求焊件装配精度高2）激光器及相关系统的成本较高，一次性投资较大3.激光焊接品质可靠度DPPM•激光焊接设备激光焊接品质可靠度从激光设备考量，主要表现为设备输出稳定性。

测试仪器：能量计客户处的设备可根据需要定时进行能量输出稳定性测试24小时能量输出稳定性测试数据4、其他因素n 1）产品的装夹产品的装夹精度直接影响焊接一致性2）产品的配合精度对于穿透焊接来说，主要是两者间的配合间隙直接影响产品焊接质量，间隙的存在最容易出现的问题就是焊接穿孔3）材料本身材料合金元素的分布、材料厚度等都影响着产品焊接质量5.焊点大小与拉力值的变化差异0.8mm焊点与1.2mm焊点拉力值的变化差异--穿透焊接且背面无焊 穿以上数据为客户提供的以上数据为客户提供的0.15mm镍片穿透焊接的镍片穿透焊接的测试结果（参考后续图片）测试结果（参考后续图片）不同的焊接要求下，介于具体产品的影响因素，不同的焊接要求下，介于具体产品的影响因素，建议后期根据具体产品做焊接测试建议后期根据具体产品做焊接测试序序 号号材料材料 及厚及厚 度度激激 光光 峰峰 值值 功功 率率 /K W脉脉 宽宽 / m s能能 量量 /J焊焊 点点 直直 径径 /m m2个个 点拉点拉 力值力值 /N备注备注1镍- 镍 T=0. 15m m2240.7 528 材料 本体 拉裂 ，焊 点未 脱落22360.8 52932481.13442.582 01.549焊点直径约0.75mm焊点直径约0.85mm焊点直径约1.1mm焊点直径约1.5mm焊点位置未脱落测试仪器： 拉力计6.焊接能量与焊接深度（穿透率）的 关系焊接能量越大，焊接深度越深。

7.峰值与脉宽的对应关系 • 定义峰值功率峰值功率是指脉冲激光器所能达到的最高的功率峰值高主要表现为瞬态能量高，让材料在瞬间熔化，以加强材料对激光的吸收率尤其适用于高反射材料的焊接脉宽脉宽是指脉冲激光功率维持在一定值时所持续的时间脉宽宽说明在一个脉冲周期内激光作用于材料表面的时间长，主要表现为 热传导焊接，即焊点大熔深浅因此，在焊接铝、铜等高反射材料时，为了突破高反射率屏障，可以利用 带有前置尖峰（即高峰值）的激光波形，瞬间的高峰值功率，可以迅速改 变金属表面状态，使其温度上升至熔点，从而在脉冲时刻到来时，瞬间把 金属表面反射率降低，能量利用率提高，材料表面有效熔融由于铜、铝 等材料导热速度快，因此焊点固化时间短，为了延长固化时间，让熔池流 动更充分，故利用缓衰减波形，优化焊点外观峰值功率峰值功率/KW脉宽脉宽/ms前置尖峰缓衰减焊接铝、铜等高反射材料的激光波形焊接铝、铜等高反射材料的激光波形注：这种脉冲波形在高重复频率缝焊时不宜采用因为重叠区仍处于熔 融状态，使用此波形，前期尖峰使表面出现高速气化，伴随剧烈的体积 膨胀，金属蒸汽以超声速向外扩张，给工件很大反冲力，使金属屑产生 飞溅，在焊缝中产生不规则孔洞，故焊缝中宜采用梯形波故焊缝中宜采用梯形波，，减缓或慢慢 均匀预热，通过缓衰减降低冷却速度，使熔池流动充分，优化焊缝外观。

n 同峰值功率不同脉宽焊点对比脉宽越长，焊点越大n 同脉宽不同峰值功率焊点对比峰值功率越大，焊点也相应增大n 同脉宽不同峰值功率焊点背面对比峰值功率越大，背面痕迹越大，说明焊点熔深越深注：脉宽越大，熔深略有增加，由于实验结果焊点背面无明显焊接痕迹，因此此处未附图说明热传导焊高峰值功率，短脉宽能获得较深熔深，同时容易导致焊接飞溅 低峰值功率，长脉宽能获得更宽更浅的焊点，焊点外观较好深熔焊焊接波形与焊接材料运用关系焊接波形与焊接材料运用关系实际上就是在不同的时间间隔对于激光光源 强弱控制与材料作用的关系焊接波形焊接波形是对激光输出热量的控制过程不同的焊接波形对焊接质量影响很大当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化，在一个激光脉冲作用期间内，激光脉冲开始作用时反射率相当高，当材料表面升至熔点时，反射率迅速下降，表面处于熔化状态，反射率稳定于某一值，当表面温度继续上升到沸点时，反射率又一次下降通过焊接波形对不同时间段的激光功率进行设置，对输出热量进行控制，以达到优化焊点或焊缝的效果因此焊接波形需根据焊接材料对激光的吸收率不同进行设置。

9.激光焊接运用到那些材料，目前有哪些材料导入率不佳• 激光焊接运用的材料：一般金属材料都可以采用激光焊接 • 目前激光焊接导入率不佳的材料：1）高碳钢：由于高碳钢的碳的质量分数大于0.6%，焊接后硬化、裂纹敏 感倾向性大，因此焊接性极差2）钢-铝：由于铝和铜的导热系数都极高，激光焊接熔池的凝固时间非常 短暂，且焊缝金属结晶时在柱状晶边界形成铝-铜低熔共晶点，由此导致结晶裂纹的产生，严重降低焊接接头的力学性能3）铝-铜：由于两者间的固溶度非常低，物理、化学性能差异大，极易反 应生成铁-铝脆性金属间化合物，固严重影响焊接接头的力学性能注：对激光吸收率高的材料，焊接可控范围大 10.激光焊接可靠度要如何确认• 激光焊接可靠度主要表现在产品的焊接优率• 影响焊接优率的因素1）激光设备的能量输出稳定2）被焊工件状态：材料：非确定因素加工及装配工艺：穿透焊接时，被焊工件的配合间隙容易导致上片击穿尤其焊接薄片时，间隙的存在导致热传导更慢，热量集中，容易击穿，形成孔洞；降低激光能量又会导致熔化金属根本无法将间隙填充，不能有效融合，引起虚焊3） 焊接工装夹具：焊接工装夹具主要是将焊接工件准确定位和可靠夹紧，便于焊接工件进行装配和焊接，保证焊接结构精度，有效的防止和减轻焊接热变形。

11.氙管的使用寿命• 氙管的使用寿命与输出的能量大小成反比，能量大时使用寿命低，参考右图的氙管的寿命与能量关系图：n 氙灯使用寿命与能量关系图• 焊接能量通过能量负反馈装置进行监控能量负反馈工作原理是在激光器的输出端增加一个能量检测装置，用来检 测输出激光能量的大小，并将该信号实时的反馈到控制端，与理论设定的能 量进行比较，形成一个闭环控制系统，达到准确控制激光能量输出的目的 图示如下：能量负反馈技术可以是激光输出的能量具有良好的重复性简单来说， 就是可以保证每次输出的激光能量稳定，这可以有效减少产品的不良率设定能量实际输出能量，激 光输出时才会有所 显示能量输出的大小可以通过激光控制盒很直观的看到，如下图：13.依据Dell的材料特性（0.1镍+0.2镍/0.1铝+0.2镍/0.1镍+0.2铜）供应商协助验证最佳参数在无实际产品的前提下，参考第18个问题，作为18650电池焊接的激光供应商，提供已成功导入我司激光焊接设备焊接18650电池的焊接参数及实验数据14.时间分歧与能量分歧的差异点及 运用• 时间分歧与能量分歧的差异时间分歧：多光路不能同时输出激光，需通过时间切换。

例如：300W激光设备通过时间分歧成两光路，每条光路的输出功率都为300W，不能同时出光能量分歧：多光路必须同时输出激光，每条光路的输出功率平均分配例如：300W激光设备通过能量分歧成两光路，每条光路的输出功率都为150W，必须同时出光• 时间分歧与能量分歧运用制程差异点时间分歧：采用外部控制实时切换各个光路的工作状况能量分歧：通过分光镜将各光路的输出能量进行平均分配，每路光 的不均衡性控制在±3%以内激光激光时间分歧能量分歧15.能量反馈补偿及焊接能量是否有监 控• 能量反馈补偿及焊接能量防呆机制能量反馈出现问题时，将会无限投入电力引起设备故障，为避免这个问题出现，增加了氙灯功率的检测，当氙灯功率大于100%时，设备会出现故障 报警，停止输出激光，同时切断高压电源氙灯功率检测， 激光输出时才 会有所显示16. 冷却水的温度监控与防呆机制• 冷却水高温报警和低温报警通过温度传感器监测冷却水的实时温度，当实时水温高于报警高温和低于报警低温时，设备出现报警，自动停止激光输出，切断高压电源•通过水电阻探测仪实时监测冷却水的绝缘度， •水的绝缘度＜3MΩ.cm设备出现报警•建议定期维护保养，根据使用环境及时更换冷却水和滤芯（离子交换树脂）告警温度提示实时水温实时检测的水绝缘度。