脉冲激光焊焊接工艺

脉训激光焊特别适用于微型件的点焊及连续焊，如薄片与薄片之间的焊接、薄膜的焊接、丝与丝之间的焊接及密封缝焊。脉冲激光焊的焊接工艺一般根据金属的性能、需要的熔深量和焊接方式来决定激光的功率密度、脉冲宽度和波形。

脉冲激光焊加热斑点很小，约为微米数量级，每个激光脉冲在金属上形成一个焊点。主要用于微型、精密元件和一些微电子元件的焊接，它是以点焊或由点焊搭接成的缝焊方式进行的。

常用于脉冲激光焊的激光器有红宝石、钕玻璃和YAG等几种。

脉冲激光焊所用激光器输出的平均功率低，焊接过程中输入工件的热量小，因而单位时间内所能焊合的面积也小，可用于薄片（0.1mm左右）、薄膜（几微米至几十微米）和金属丝（直径可小于0.02mm）的焊接，也可进行一些零件的封装焊。

（1）影响脉冲激光焊的因素

① 焊接加热时的能量密度范围  激光是个高能量热源，在焊接时要尽量避免焊点金属的蒸发和烧穿，因此必须严格控制它的能量密度，使焊点温度始终保持高于熔点而低于沸点。金属本身的熔点和沸点之间的距离越大，能量密度的范围越宽，焊接过程越容易控制。控制光束能量密度的主要方法有：调整输入能量、调整光斑大小、改变光斑中的能量分布、改变脉冲宽度和衰减波的陡度。

② 反射率  反射率的大小说明了一种波长的光有多少能量被母材吸收，有多少能量被反则损失。大多数金属在激光开始照射时，能将激光束的大部分能量反射回去，所以焊接过程开始的瞬间，就相应的需要较高功率的光束，而当金属表面开始熔化和气化后，其反射率将迅速降低，从而相应的降低光束的能量密度。反射率与温度、激光束的波长、材料的直流电阻率、激光束的入射角、材料的表面状态等因素有关。其具体影响是：温度越高反射率越低，当接近沸点时反射率降低到10％左右；大多数金属的反射率随波长的增加而增加，但波长的影响只在熔化前产生，一旦金属熔化就不产生影响；母材的直流电阻率越大，反射率越低；激光束的入射角越大，反射率越大；表面光洁度越高，反射率越大。但是，单从外表来看粗糙的表面也不一定是良好的吸收表面，如对于1.06μm波长的激光束来说，粗糙表面也可能是一种散射的表面。

③ 焊接时的穿入深度  脉冲激光焊接时，激光束本身对金属的直接穿入深度是有限的。传热熔化成形方式焊接的焊点最大穿入深度主要取决于材料的导温系数，导温系数大的穿入深度大，而导温系数则与传热系数成正比、与密度和比热容成反比。同一种金属，其穿入深度决定于脉冲宽度，脉冲宽度越大，则穿入深度也越大，但脉冲宽度的下限应在1ms以上，否则有可能成为打孔，而上限应在10ms左右，最大熔深可达0.7mm。

④ 聚焦性和离焦量  由于激光束的传播方向能够成为非常窄的一束，对于焊接来说，就可以得到很小的焊点，这对微型焊件是很重要的。随着波长缩短、工作物质的直径增大，光束的发散角随之变小，光束的宽度相应变窄，焊点尺寸减小。但工作物质的直径不能增大太大，应有一个合适的范围。另外，光斑直径的大小还可以通过缩短焦距而变小。所谓离焦量，指的是以聚焦后的激光焦点位置与工件表面相接时为零，离开这个零点的距离量，如激光焦点超过零点时定位负离焦，其距离的数值为负离焦量，反之为正离焦量。激光焦点上的光斑最小，能量密度最大。通过离焦量可调整能量密度。