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例如,在电子装置制造中,以往用的焊接机器人对电子组装施以锡钎焊时,留有一定空间让烙铁头能伸人至被焊部位进行焊接。随着电子产品小型化的发展,电子部件引脚的间距越来越小(0.3mm间距),集成电路芯片封装元件的引脚间距也从当初的1.0mm发展为0.8mm、0.65mm、0.5mm,甚至0.4mm、0.3mm都已很普遍,并且部件之间的空间也越来越小。
激光头上配有防烟雾的光学透镜及保护系统,维修时只要更换透镜前端保护玻璃即可。可以通过系统中体积紧凑的强力激光发生器选择与点径相合适的激光束,激光功率大为30W、50W (空气冷却)两种,并连续可调,从而达到佳功率的焊接。
功率密度是激光加工中关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在104~106W/cm2。
脉冲波形在焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度束射至材料表面,金属表面将会有的能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。
因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面距离相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。
随着科学技术的不断发展,许多工业技术上对材料特殊要求,应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点,在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料,随着粉末冶金材料的日益发展,它与其它零件的连接问题显得日益,使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期,激光焊以其特的优点进入粉末冶金材料加工领域,为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景,如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石,由于结合强度低,热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落,采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
激光焊接在电子工业中,特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小、加热集中迅速、热应力低,因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中,显示出特的性,在真空器件研制中,激光焊接也得到了应用,如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。
在20世界70年代以前,由于高功率连续波形(CW)激光器尚未开发出来,所以研究集中在脉冲激光焊接(PW)上。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器,1ms脉冲典型的峰值输出功率Pm为5KW左右,脉冲能量为1~5J,脉冲频率就小于等于1赫兹。当时虽然能够活的较高的脉冲能量,但这些激光器的平均输出功率P却相当低,这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性状决定。激光器由于具有较高的平均功率,在它出现之后很快就成为点焊和缝焊的优选设备,其焊接过程是通过焊点搭接而进行的,直到1KW以上的连续功率波形激光器诞生以后具有真正意义的激光缝焊才得以实现。
焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一,也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展佳控制方法方面的研究,包括线性和各种非线性控制。具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制,以及系统的研究。