脉冲激光焊
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第307页（2421字）
1．主要用途
主要是脉冲点焊，适合于0．5mm以下薄板和细丝的点焊。特别适合微米级的细丝和薄箔的点焊，最细可焊直径为0．02～0．2μm的金、银、铝、铜丝。如集成电路引线的焊接，是将硅片上1．8μm厚的铝镀膜与50μm厚、100μm宽的铝箔进行点焊。微型薄膜电路中的导线焊接，是将镀在微晶玻璃衬底上0．3～1μm厚的铜、铬、金薄膜与
30μm～
80μm金、铜、镍丝进行点焊。在航天、航空、仪表工业中同样得到广泛的应用，如0．05～0．12μm的铍铜游丝与直径4mm的黄铜柱的点焊，在Ar气保护下激光点焊钨铼高温热电偶，在焊接处能形成直径0．27mm的钨铼金属球。脉冲激光焊除完成点焊外，还可以完成连续焊缝的焊接任务。如图6－45是核反应堆中的一个零件。将壁厚0．4mm，直径5．8mm的316不锈钢管件焊在304不锈钢基板上。用红宝石脉冲激光焊机，完成了连续环缝的焊接，效果甚好。
图6－45 核反应堆零件激光脉冲环缝焊
2．脉冲激光点焊接头形式
脉冲激光点焊接头形式见图6－46。
图6－46 激光点焊典型接头形式
3．脉冲激光焊主要参数及其影响因素
(1)脉冲能量E及宽度T的影响：E影响金属熔化量，T影响熔化深度。在E一定时，调节T可以获得一个最大熔深，此时的脉冲宽度称为最佳脉冲宽度。当E=1．5J时，不同材料的最佳脉冲宽度如图6－47所示。铜为(1～5)×10－4s、铝为(0．5～2)×10－3s、钨为(1～6)×10－4s、钢为(5～8)×10－3s。
图6－47 脉冲宽度对熔深的影响
(2)功率密度的影响：激光斑点上的功率密度由下式决定。
式中 p——激光斑点上的功率密度(W／cm2)；
E——激光脉冲的能量(J)；
d——光斑直径(cm)；
tp——脉冲宽度(s)。
为获得足够强度的焊点，对不同类型不同厚度的材料，应有一个合理的功率密度pop太小焊点强度降低，甚至形不成焊点；p值增大超过106W／cm2时，则金属气化过多，形成小孔，同样不能形成稳定牢固的焊点。为得到合理的功率密度，输出能量E和脉冲宽度tp应适当配合。不同厚度的镍、铜片点焊时所需E、tp的关系如图6－48所示。材料厚度一定时，所需E、tp成直线变化关系。这说明一定厚度，所需功率密度是一个定值，厚度增加所需功率密度增加。
图6－48 Ni、Cu片焊接时脉冲能量与宽度的关系
4．脉冲点焊时应注意的工艺问题
(1)选择适合焊接的激光模式：激光模式是指输出的激光束断面上能量分布情况，图6－49是几种低价模的能量分布图。模数越低，能量分布越集中，越适合焊接。TEM00称为基模，能量最集中，是激光点焊最常采用的模式。
图6－49 激光模式
(2)脉冲激光点焊用于薄膜板的连续密封焊缝时，焊接速度
V=df(1－k)
式中 V——焊接速度(cm／s)；
d——焊点直径(cm)；
f——脉冲频率(点次／s)；
k——为重叠系数，取值范围0．3～0．9，板厚增加，k值增大。
(3)细丝与膜片焊接时，若丝过细，可将细丝被焊端预先熔化，结成直径为细丝直径2～3倍的球，这样可以增加接触面，增加强度和可靠性，也为焊接操作提供了便利条件。
(4)薄板点焊时将反射率低、传热系数大、厚度小的件选为上片。
5．脉冲点焊的规范参数
脉冲点焊的规范参数见表6－12～表6－14。
表6－12 丝与丝脉冲点焊的参考规范
注：1．有两种直径规格时，前面规格的丝是十字接头上面的丝或T形接头的水平丝。
2．接头电阻系指导线器件电阻与单独丝电阻之差。
表6－13 异种材料脉冲激光点焊参考规范
表6－14 异种材料激光焊焊接性能比较
注：E优秀，G良好，F较好，P差，空白无数据。