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1、學(xué)無(wú)止境激光焊接工藝論文1原有工藝存在的缺點(diǎn)1.1焊接光斑大由于焊接區(qū)域很小，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，放置產(chǎn)品的位置存在一定誤差，為了保證焊接光斑不偏離焊接區(qū)域，就需要焊接光斑盡量小。經(jīng)過(guò)大量實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，焊接光斑直徑在0.4mm以下可以很好地解決上述問(wèn)題。這就需要對(duì)激光器的光路部分進(jìn)行改造，在減小焊接光斑的同時(shí)保證光束質(zhì)量不變。1.2焊接良品率低手機(jī)揚(yáng)聲器彈片焊接的具體需求為：（1）焊接拉力大于10N；（2）不能擊穿下層材料；（3）光斑不能大于0.4mm。通過(guò)以上三個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的良品率，不良品率應(yīng)低于2%。在原有配置（激光棒直徑7mm，傳導(dǎo)光纖芯徑400μm）條
2、件下，不良率高達(dá)5%以上。2改造方案及結(jié)果2.1光學(xué)部分改造3學(xué)無(wú)止境首先需要解決光斑偏大的問(wèn)題，結(jié)合聚焦光斑大小基本原理由此可見(jiàn)，若要得到較小的聚焦光斑，需要減小傳導(dǎo)光纖的芯徑D、增加擴(kuò)束鏡焦距f2及減小聚焦鏡焦距f1。但是這些配置都不能隨意更改，原因一：如傳導(dǎo)光纖的芯徑太小，將加大光纖耦合的難度，增加激光燒毀光纖的風(fēng)險(xiǎn)；原因二：擴(kuò)束鏡焦距的焦距直接決定了聚焦光束的焦深，焦距越大，焦深越短，這樣激光束對(duì)工件的高低公差要求更高，不便于后續(xù)的工藝調(diào)試；原因三：聚焦鏡的焦距直接影響到焊接的幅面，焦距越小，幅面越小。綜合以上分析，結(jié)合實(shí)際需求，將外光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)為光纖
3、芯徑D=0.2mm，擴(kuò)束鏡焦距f2=180mm，聚焦鏡焦距f1=170mm，根據(jù)式可求得聚焦光斑為0.2mm，但是實(shí)際焊接的光斑約為0.45mm。仍然無(wú)法達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求。對(duì)激光器內(nèi)部光學(xué)進(jìn)行改造，常規(guī)的Nd:YAG焊接使用的激光棒直徑（工作物質(zhì)）為φ7mm。為了得到更小的光斑，將激光棒的直徑改造成φ4mm，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件（如激光棒與腔體的連接件、密封圈等）也做一些改造。為提高裝配的便利性及后期的穩(wěn)定性，激光器腔體的大小也相應(yīng)減小，使得與激光棒的配合更加緊密。在其他條件一樣的情況下，激光棒直徑為φ7mm時(shí)，焊接半徑為0.22mm，如圖2a所示。激光棒直徑為φ4
4、mm時(shí)，焊接半徑為0.177mm，如圖2b所示，相對(duì)于φ7mm的激光棒，光斑減小了20%以上，可以達(dá)到焊接光斑直徑小于0.35mm的要求。2.2焊接工藝優(yōu)化在光學(xué)部分改造后，為解決拉力不夠10N和良品率低的問(wèn)題，通過(guò)大量工藝測(cè)試，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造。在保持其他條件不變的情況下，對(duì)激光峰值功率、脈沖寬度、離焦量三因素進(jìn)行三水平正交試驗(yàn)，所取因素水平見(jiàn)表1，并分析其對(duì)焊接拉力及良品率的影響。當(dāng)激光峰值功率較低，為800W時(shí)，產(chǎn)品的不良率主要是平均拉力小造成的，無(wú)擊穿現(xiàn)象發(fā)生，表明峰值功率對(duì)焊接拉力大小起到主要因素。當(dāng)峰值功率較大，為1000W時(shí)，主要的不良率是由于
5、擊穿現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的，這是因?yàn)橄聦硬牧媳旧砗鼙。?.08mm），功率稍大，即容易擊穿（脈沖激光的激光功率穩(wěn)定性一般在3%左右）。脈沖寬度主要影響焊接光斑的大小及拉力的大小，脈寬越寬表示單個(gè)脈沖與材料的作用時(shí)間越長(zhǎng)，這樣焊接光斑較大，拉力也較強(qiáng)，但是由于工件本身焊接的區(qū)域較小，要求焊接光斑小于0.35mm。所以在保證上層材料光斑大小一定的情況下，需要優(yōu)化工藝參量，使得下層材料的熔縫寬度足夠大（將上下兩層材料拉拖開(kāi)，測(cè)試下層材料的熔縫寬度大?。?。其結(jié)果如圖3所示，圖3a是脈沖寬度為1.5ms時(shí)下層材料的熔縫寬度，半徑為0.08mm；圖3b是脈沖寬度為2.0ms時(shí)下層材料
6、的熔縫寬度，半徑為0.112mm。拉力測(cè)試表明圖3b的熔縫寬度的拉力比圖3a的大30%。這兩種不同的熔縫寬度表明了上下兩層材料之間的熔合面積不同，直接對(duì)焊接拉力的大小產(chǎn)生影響。3結(jié)論（1）改造激光器外部光路及內(nèi)部光路，具體改造方案為光纖芯徑D=0.2mm，擴(kuò)束鏡焦距f2=180mm，聚焦鏡焦距f1=170mm，激光棒直徑由φ7mm改造為φ4mm，達(dá)到了焊接光斑小于0.35mm的要求。3學(xué)無(wú)止境（2）通過(guò)工藝正交試驗(yàn)，對(duì)焊接工藝參量進(jìn)行改進(jìn)，得出最佳的工藝參量為激光峰值功率900W，脈沖寬度2ms、離焦量2mm時(shí)，達(dá)到了焊接拉力大于10N，不良率控制在2%以下的
7、目的。3
