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[導(dǎo)讀]中心議題:學(xué)習(xí)激光焊接技術(shù)在傳感器生產(chǎn)中的應(yīng)用激光焊接的原理解決方案:利用高輻射強(qiáng)度的激光束采用焊接密封采用電阻焊、氬弧焊、電了束焊、等離子焊等方法一、傳感器根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87,傳感器定義為:能感受

中心議題:

學(xué)習(xí)激光焊接技術(shù)在傳感器生產(chǎn)中的應(yīng)用

激光焊接的原理

解決方案:

利用高輻射強(qiáng)度的激光束

采用焊接密封

采用電阻焊、氬弧焊、電了束焊、等離子焊等方法

一、傳感器

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87,傳感器定義為:能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件裝置。傳感器作為檢測(cè)工具,要求檢測(cè)研究對(duì)象的物理或化學(xué)的信息,其工作過(guò)程要求穩(wěn)定、可靠、精度高,所以對(duì)傳感器有以下幾個(gè)要求:

(1)適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)

傳感器一般工作環(huán)境十分廣,從極寒至酷熱地區(qū),許多在露天環(huán)境下工作,能抗飛沙走石、灰塵,還應(yīng)耐潮濕,較高的抗鹽類腐蝕、酸性腐蝕的能力,有抗污染氣體干擾的能力,能適應(yīng)在高溫、極寒、強(qiáng)烈振動(dòng)、沖擊以及在其他條件下正常工作的能力,還應(yīng)抗噪聲能力強(qiáng),信噪比高。

(2)價(jià)格適中,適于大批量生產(chǎn)

要求傳感器一致性好,適宜自動(dòng)化批量生產(chǎn),對(duì)加工設(shè)備有較高要求,以便排除人工操作帶來(lái)的不一致性和失誤。

(3)穩(wěn)定性和可靠性高

傳感器是一種高精度檢測(cè)儀器,在軍事、航空、航天中應(yīng)用都有嚴(yán)格要求,產(chǎn)品都須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試才能應(yīng)用。所以傳感器生產(chǎn)是一種高新技術(shù)的具體運(yùn)用和體現(xiàn)。一種傳感器是否有較高的技術(shù)附加值體現(xiàn)在所包含的技術(shù)含量和加工工藝的技術(shù)是否高新。

有部分傳感器由于其應(yīng)用環(huán)境的狀況需金屬封裝,一般采用焊接密封,如壓力傳感器、力傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、溫度傳感器等,這類傳感器內(nèi)部有敏感元件和集成電路,充惰性氣體或抽真空與外界隔絕,有耐壓、氣密性要求,另有焊接強(qiáng)度要求和漏氣率要求,對(duì)焊接質(zhì)量要求高,而且焊接過(guò)程中要求變形小,不能對(duì)內(nèi)部元件和微電路有損壞。目前傳感器密封焊接有電阻焊、鎢極氬弧焊、等離子弧焊、電子束焊和激光焊。

二、激光焊接

1. 激光焊接原理

激光是輻射的受激發(fā)射光放大的簡(jiǎn)稱,由于其獨(dú)有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性,自誕生以來(lái),其在工業(yè)加工中的應(yīng)用十分廣泛,成為未來(lái)制造系統(tǒng)共同的加工手段。

用激光焊接加工是利用高輻射強(qiáng)度的激光束,激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,其激光焦點(diǎn)的功率密度為104~107W/cm2,加工工件置于激光焦點(diǎn)附近進(jìn)行加熱熔化,熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強(qiáng)弱程度主要取決于激光作用材料表面的時(shí)間、功率密度和峰值功率??刂粕鲜龈鲄?shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工。

2. 激光焊接的一般特點(diǎn)

激光焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝,它與電子束等離子束和一般機(jī)械加工相比較,具有許多優(yōu)點(diǎn):

激光束的激光焦點(diǎn)光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料。

激光焊接是無(wú)接觸加工,沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào),移動(dòng)速度可調(diào),可以多種焊接加工。

激光焊接自動(dòng)化程度高,可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,焊接速度快,功效高,可方便的進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接。

激光焊接熱影響區(qū)小,材料變形小,無(wú)需后續(xù)工序處理。

激光可通過(guò)玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件。

激光束易于導(dǎo)向、聚焦,實(shí)現(xiàn)各方向變換。

激光焊接與電子束加工相比較,不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng),操作方便。

激光焊接生產(chǎn)效率高,加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。

3. 激光焊接在傳感器生產(chǎn)中的工藝特點(diǎn)

激光用來(lái)封焊?jìng)鞲衅鹘饘偻鈿な悄壳耙环N最先進(jìn)的加工工藝方法,主要基于激光焊接有以下特點(diǎn):

(1) 高的深寬比。焊縫深而窄,焊縫光亮美觀。

(2) 最小熱輸入。由于功率密度高,熔化過(guò)程極快,輸入工件熱量很低,焊接速度快,熱變形小,熱影響區(qū)小。

(3) 高致密性。焊縫生成過(guò)程中,熔池不斷攪拌,氣體易出,導(dǎo)致生成無(wú)氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化,焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高。

(4) 強(qiáng)固焊縫。高溫?zé)嵩春蛯?duì)非金屬組份的充分吸收產(chǎn)生純化作用,降低了雜質(zhì)含量,改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布,焊接過(guò)程中無(wú)需電極或填充焊絲,熔化區(qū)受污染小,使焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過(guò)母體金屬。

(5) 精確控制。因?yàn)榫劢构獍吆苄?,焊縫可以高精度定位,光束容易傳輸與控制,不需要經(jīng)常更換焊炬、噴咀,顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間,生產(chǎn)效率高,光無(wú)慣性,還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動(dòng)技術(shù)則可焊復(fù)雜構(gòu)件。

(6) 非接觸、大氣環(huán)境焊接過(guò)程。因?yàn)槟芰縼?lái)自激光,工件無(wú)物理接觸,因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對(duì)激光都無(wú)影響。

(7) 由于平均熱輸入低,加工精度高,可減少再加工費(fèi)用,另外,激光焊接運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低,從而可降低工件成本。

(8) 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效控制。

三、激光焊接與現(xiàn)有焊接方法的比較

目前傳感器密封焊接采用的方法有:電阻焊、氬弧焊、電了束焊、等離子焊等。

1. 電阻焊:它用來(lái)焊接薄金屬件,在兩個(gè)電極間夾緊被焊工件通過(guò)大的電流熔化電極接觸的表面,即通過(guò)工件電阻發(fā)熱來(lái)實(shí)施焊接。工件易變形,電阻焊通過(guò)接頭兩邊焊合,而激光焊只從單邊進(jìn)行,電阻焊所用電極需經(jīng)常維護(hù)以清除氧化物和從工件粘連著的金屬,激光焊接薄金屬搭接接頭時(shí)并不接觸工件,再者,光束還可進(jìn)入常規(guī)焊難以焊及的區(qū)域,焊接速度快。

2. 氬弧焊:使用非消耗電極與保護(hù)氣體,常用來(lái)焊接薄工件,但焊接速度較慢,且熱輸入比激光焊大很多,易產(chǎn)生變形。

3. 等離子弧焊:與氬弧類似,但其焊炬會(huì)產(chǎn)生壓縮電弧,以提高弧溫和能量密度,它比氬弧焊速度快、熔深大,但遜于激光焊。

4.電子束焊:它靠一束加速高能密度電子流撞擊工件,在工件表面很小密積內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱,形成"小孔"效應(yīng),從而實(shí)施深熔焊接。電子束焊的主要缺點(diǎn)是需要高真空環(huán)境以防止電子散射,設(shè)備復(fù)雜,焊件尺寸和形狀受到真空室的限制,對(duì)韓件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格,非真空電子束焊也可實(shí)施,但由于電子散射而聚焦不好影響效果。電子束焊還有磁偏移和X射線問題,由于電子帶電,會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響,故要求電子束焊工件焊前去磁處理。X射線在高壓下特別強(qiáng),需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)。激光焊則不需真空室和對(duì)工件焊前進(jìn)行去磁處理,它可在大氣中進(jìn)行,也沒有防X射線問題,所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作,也可焊接磁性材料。

四、激光焊接在傳感器生產(chǎn)的應(yīng)用前景

激光焊接技術(shù)是一種高新技術(shù),由于其獨(dú)有的特點(diǎn),特別適合在傳感器密封焊中使用,目前國(guó)外許多生產(chǎn)傳感器的廠家均利用激光焊接工藝生產(chǎn)傳感器,而國(guó)內(nèi)采用此工藝的廠家不多,主要是一些生產(chǎn)軍用傳感器產(chǎn)品的廠家和部分科研機(jī)構(gòu)在采用此種工藝,且采用國(guó)外激光焊接機(jī)的較多。目前國(guó)內(nèi)激光焊接機(jī)在性能上已和國(guó)外產(chǎn)品相差不遠(yuǎn),完全可以勝任國(guó)內(nèi)生產(chǎn)傳感器的工藝要求,但價(jià)格是國(guó)外同類產(chǎn)品的1/3-1/5。為提高國(guó)內(nèi)傳感器整體水平以及發(fā)展民族激光產(chǎn)業(yè),我國(guó)的傳感器生產(chǎn)廠家應(yīng)盡快采用國(guó)產(chǎn)激光焊接機(jī)來(lái)生產(chǎn)加工傳感器,以增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,開拓國(guó)際市場(chǎng)。

 

 

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