新聞中心

EEPW首頁(yè) > 模擬技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 采用掃描振鏡與高溫計(jì)的激光焊接技術(shù)

采用掃描振鏡與高溫計(jì)的激光焊接技術(shù)

作者: 時(shí)間:2013-12-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

德國(guó)DILAS新型,融合了同軸溫度探測(cè)器在準(zhǔn)同步材料表面溫度控制以及快速光線掃描的兩大優(yōu)勢(shì)。該不但能使用在準(zhǔn)同步聚合物焊接中,且能用在同一工作面內(nèi)非機(jī)械定位的某些多焊點(diǎn)回流焊。在焊接過程中,溫度控制過程穩(wěn)定、可靠。

控制的激光過程

與其他類型的激光器相比,半導(dǎo)體激光器能將能量(電流)直接轉(zhuǎn)化為激光輻射。半導(dǎo)體激光器允許對(duì)激光能量進(jìn)行快速調(diào)節(jié),這對(duì)于使用進(jìn)行閉環(huán)溫度控制的快速加工過程至關(guān)重要。在聚合物的輪廓焊接、熔接及熱處理應(yīng)用中,可以把傳感器與加工用的光學(xué)元件整合在一起,從而能從加工區(qū)域探測(cè)同軸熱輻射。

為避免高溫計(jì)與激光源相互干擾,高溫計(jì)的探測(cè)器的敏感波長(zhǎng)必須與激光源的波長(zhǎng)不同。用于材料加工中的高溫計(jì),大多使用在1800~2100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)高度敏感的探測(cè)器,而半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)通常為810nm或980nm。

為確定處理制程的絕對(duì)溫度,必須要知道材料的一些屬性,如輻射系數(shù)及表面特性。然而對(duì)于大部分過程而言,材料的這些屬性并沒有確定。例如在軟焊過程中,焊料的狀態(tài)是從固態(tài)變到液態(tài)、然后又回到固態(tài),因此焊料的光學(xué)屬性也在變化。在聚合物焊接過程中,熱輻射被玻璃、顏料或其他填充材料所吸收或散射。

對(duì)大部分應(yīng)用來講,一個(gè)相應(yīng)的溫度測(cè)量對(duì)于開環(huán)或閉環(huán)過程控制來講已經(jīng)足夠了。高溫計(jì)的控制器能存儲(chǔ)焊接溫度、激光輸出功率等處理數(shù)據(jù),以供存檔和分析使用。因此,高溫計(jì)是用于質(zhì)量控制和產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)有用工具。

與高溫計(jì)

當(dāng)需要對(duì)激光斑進(jìn)行快速定位或移動(dòng)時(shí),一種常用的方法是使用掃描振鏡。典型的應(yīng)用是聚合物的準(zhǔn)同步焊接或回流焊。反射鏡使激光束偏離透鏡的光軸,并使光束不再與光軸平行。這會(huì)對(duì)高溫計(jì)的使用產(chǎn)生一些嚴(yán)重的后果。標(biāo)準(zhǔn)平場(chǎng)透鏡的光學(xué)屬性,如焦距及防反射涂層只能在很小的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作。因?yàn)楦邷赜?jì)和激光器的波長(zhǎng)不同,色差將致使兩者的焦點(diǎn)位置并不相同(見圖1)。也就是說,在加工過程中,高溫計(jì)所探測(cè)到的輻射并不是來自激光的焦點(diǎn)處。因而,這就不可能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)過程或者甚至是溫度監(jiān)控了。但是,通過特別設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)糾正色差的平場(chǎng)透鏡,從而使高溫計(jì)和激光的焦點(diǎn)重合。圖2顯示了DILAS的掃描振鏡DL.S20P,它整合了單色高溫計(jì)和糾正色差的平場(chǎng)透鏡。該掃描振鏡與DILAS公司生產(chǎn)的COMPACT光纖耦合半導(dǎo)體激光系統(tǒng)配合使用,隨系統(tǒng)還附有用于振鏡和高溫計(jì)控制的成熟的軟件。


圖1:高溫計(jì)和激光在標(biāo)準(zhǔn)的平場(chǎng)透鏡(左)下有不同的焦點(diǎn),而糾正色差的平場(chǎng)透鏡(右)實(shí)現(xiàn)了兩者的焦點(diǎn)重合。

采用掃描振鏡與高溫計(jì)的激光焊接技術(shù)
圖 2:DILAS 掃描振鏡 DL.S20P 為閉環(huán)溫度控制整合了軸向單色高溫計(jì)。

準(zhǔn)同步焊接

為了檢驗(yàn)焊接的特性,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)盒子形狀的測(cè)試部件,這種部件在汽車行業(yè)中最為常見(見圖3)。盒蓋是由摻雜了30%玻璃的PBT(聚丁烯對(duì)苯二酸鹽)制成的。我們使用壓縮空氣來漲破盒子來檢驗(yàn)焊接的質(zhì)量。
采用掃描振鏡與高溫計(jì)的激光焊接技術(shù)
圖 3:測(cè)試盒

在開環(huán)過程中,處理溫度變化范圍很小。使用固定的焊接速度,激光功率必須要保證±2%的穩(wěn)定性,這樣才能達(dá)到大約11.2帕的最大破壞氣壓。

在閉環(huán)過程中,處理溫度能夠從210℃變化到280℃,對(duì)焊接結(jié)果沒有太大的影響。處理溫度變化范圍比在開環(huán)過程中大,并且破壞氣壓超過11.7帕。在高溫計(jì)的測(cè)量范圍中,焊接過程會(huì)受到激光透射部件的光學(xué)屬性的限制。在近紅外區(qū)的透射決定了所能實(shí)現(xiàn)的最大焊接速度。掃描振鏡及糾正色差平場(chǎng)透鏡的工作面積范圍,限制了焊接部件的大小。

焊接

用高功率半導(dǎo)體激光器實(shí)施的,除了在電子制造領(lǐng)域具備優(yōu)勢(shì)外,也能在薄膜太陽(yáng)能電池焊接應(yīng)用中大顯身手。使用連續(xù)半導(dǎo)體激光器焊接,能獲得幾平方毫米大小的焊點(diǎn)(見圖4)。是一種非接觸性焊接技術(shù),而且能精確散熱,熱影響區(qū)非常小。這限制了焊接過程中太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

通常硅太陽(yáng)能電池互相連接成一條細(xì)線,然后層疊在模塊里。這種技術(shù)要求使用額外的設(shè)備來處理又長(zhǎng)、又易碎的細(xì)線。采用激光焊接,能通過直接焊接疊層,完全避免對(duì)細(xì)線的處理。這些模塊的層疊順序一般是玻璃、聚合乙烯乙烯醋酸酯 (EVA)、

回流焊相關(guān)文章:回流焊原理
色差儀相關(guān)文章:色差儀原理
激光器相關(guān)文章:激光器原理
透射電鏡相關(guān)文章:透射電鏡原理
溫濕度控制器相關(guān)文章:溫濕度控制器原理

上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉