手機螺母激光焊接工藝

王香耿，郭艷麗

（河南機電職業(yè)學院，河南鄭州451191）

手機螺母激光焊接工藝

王香耿，郭艷麗

（河南機電職業(yè)學院，河南鄭州451191）

采用ND∶YAG脈沖激光器配合振鏡高速焊接手機螺母，研究了焊接峰值功率、脈寬、離焦量等工藝參數(shù)對焊接質量和接頭力學性能的影響。結果表明，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以使拉力和扭力都達到要求的目標。隨著脈寬的減小，拉力和扭力相應逐漸減??；隨著離焦量的增大，拉力和扭力相應逐漸減??；隨著峰值功率增大，拉力和扭力相應逐漸增加。

手機螺母；激光焊接；扭力和拉力

0 前言

手機螺母通常采用銅或不銹鋼材質，不銹鋼螺母一般使用SUS304不銹鋼材料，具有價格便宜、防銹性能優(yōu)良、力學強度高等特點。手機螺母的主要功能是將塑膠件和金屬零件連接起來，或者將金屬件與金屬件連接起來，起到緊固作用。手機不銹鋼螺母一般采用旋鉚、壓鉚等方式將螺母連接在手機沖壓件或其他工件上。旋鉚方式很不經(jīng)濟，壓鉚方式容易對其他部件產(chǎn)生變形等影響。激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、熱影響小和變形小等優(yōu)點[1-2]，而且是非接觸焊接方式，不受工件尺寸和形貌的影響，可以實現(xiàn)遠距離快速焊接，非常適合于手機的螺母焊接。振鏡掃描式激光點焊技術是最近才發(fā)展起來的新技術，具有體積小、定位精度高、掃描速度極快（100個點/s）等特點[3]。

針對手機內構件中的不銹鋼螺母進行激光焊接，并且對脈沖激光峰值功率、脈寬、離焦量等工藝參量進行正交實驗，焊接后測試螺母的拉力、扭力，得出最佳焊接效果。

1 試驗條件和方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用304不銹鋼，屈服強度大于等于205MPa，延伸率大于等于40%，硬度HB≤187、HRB≤90，HV≤200，化學成分如表1所示。

1.2 試驗和檢測設備

試驗采用華工激光工程有限責任公司的焊接設備：300 W光纖傳導Nd∶YAG脈沖激光器，波長1 064 nm，功率0～300 W連續(xù)可調，脈寬0～15 ms。工作臺采用世紀桑尼高速振鏡，工作幅面100mm×120mm。高速振鏡系統(tǒng)如圖1所示。X軸振鏡片、Y軸振鏡片在高速電機的驅動下，對激光光束進行高速偏轉，根據(jù)軟件的控制使得光束達到指定位置，然后通過聚焦透鏡將激光聚焦到焊接點位。

1.3 試驗方法

將螺母鑲嵌在沖壓件上（不銹鋼304），用CCD精確定位，使激光光斑中心正對于焊縫中心，重復精度0.01 mm。在前期預試驗可行的基礎上從節(jié)約材料和減少試驗次數(shù)出發(fā)，對焊接峰值功率、脈沖寬度、離焦量進行正交試驗，所取因素水平見表2，并分析其對焊接質量的影響。對螺孔搭接處焊接六個點，并且使得六個點平均分布。

2 試驗結果和分析

2.1 正交試驗分析

由表3可知，因素A、B、C對應的水平2、3、3時的拉力和扭力最大。即工藝參數(shù)為峰值功率800 W、脈寬2.0 ms、離焦量0.3 mm時能獲得最大的拉力和扭力。

2.2 各因素對焊接接頭拉力的影響

為了進一步分析峰值功率、脈寬、離焦量各水平對焊接接頭的影響，以各水平因素為橫坐標、焊接接頭的平均拉力為縱坐標，繪制出水平因素與抗拉力之間的關系圖，如圖2所示。由圖2可知，各個因素對焊接結果的影響是不同的，離焦量水平的改變對接頭抗拉力的影響最大，激光峰值功率和脈沖寬度次之。這說明對于手機螺母不銹鋼薄片的微激光對接焊，離焦量對接頭的抗拉力的影響最大。對于激光峰值功率，焊接接頭的抗拉力隨著峰值功率的增加而增大，這是因為峰值功率增加，焊縫的深寬比隨之增大，導致抗拉力增強，但是峰值功率進一步增加，激光會在工件表面形成光致等離子體，降低工件對激光的吸收，焊接接頭的抗拉力反而減小。對于脈沖寬度，焊接接頭的抗力隨著脈沖寬度的增加而增大，這是因為脈沖寬度越大，單脈沖激光與工件的熱作用時間越長，焊縫的寬度增加，導致焊接接頭抗力增強，但是脈沖寬度進一步增加會使激光對工件的熱作用太強，可能會燒穿工件，導致焊接缺陷。對于離焦量，工件的抗拉力隨著離焦量的增加表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。

2.3 離焦量對焊接效果的影響

激光焊接通常需要一定的離焦量，焊接薄板時宜采用正離焦。在激光峰值功率800 W、脈寬1.5 ms的條件下，改變離焦量（0～0.9 mm），每次遞增0.3 mm，觀察焊縫形貌的變化。當離焦量為0 mm、0.3 mm時，焊接過程中容易產(chǎn)生飛濺，焊后焊縫處產(chǎn)生孔洞等缺陷（見圖3a）。當離焦量為0.6 mm時，焊接外觀良好（見圖3b），接頭的抗拉力也較大。當離焦量為0.9 mm時，熔透性很小，焊接接頭拉力也比較小。這是因為當離焦量較小時，熔透性增強，熔深增加，拉力相應增加。但是當離焦量太小時，工件離激光的焦點位置太近，焊接時容易產(chǎn)生飛濺，產(chǎn)生焊接缺陷。因此離焦量必須在合適的位置才能獲得最佳焊接效果。綜合焊縫外觀和焊接接頭抗拉力分析，離焦量的最佳參數(shù)為0.6 mm。

3 結論

采用脈沖激光焊接手機用不銹鋼螺母，最佳工藝參數(shù)為：峰值功率800 W，脈沖寬度1.5 ms，離焦量為0.6 ms。在這種情況下，得到的焊接外觀較為美觀，拉力和扭力都足夠大。通過分析比較，峰值功率在熔透率方面起到主要作用，脈寬對熔透率和焊縫寬度起到比較大的效果，離焦量對于焊接外觀起到?jīng)Q定性作用。

[1]TZENG Y F.Process characterization of pulsed Nd：YAG laser seam welding[J].Advanced Manufacturing Technology，2000，16（1）：10-18.

[2] Rui sheng Huang，Liming Liu，F(xiàn)an Zhang.Inf luences of laser in low power YAG laser MAG hybrid welding process[J].Chin.Opt.Lett.，20086（1）：47-50.

[3] 師文慶.振鏡掃描式激光點焊技術中掃描路徑的優(yōu)化[J].應用激光，2008，28（4）：332-335.

Page 38冷卻系統(tǒng)，綠色環(huán)保，大大降低了能源利用率。因此，阿普拉斯焊接技術的應用在整個汽車制造企業(yè)都有重要推廣價值。

參考文獻：

[1] 王長生，薛小懷，樓松年，等.薄板焊接變形的影響因素及控制[J].焊接技術，2005，34（4）：66-68.

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Research on cellphone nuts welding process

WANG Xiang-geng，GUO Yan-li
（He’nan Institute of Mechatronic Technology，Zhengzhou 451191，China）

In order to study the influence of welding peak power，pulse width，defocusing amount and other process parameter on welding quality and joint mechanics property，we utilized ND:YAG pulse laser with galvanometer scanning system to weld cellphone nuts at a high speed.The result shows that，by improving the process parameter，both of the pull and torsion can reach the goal that it was supposed to be.With the decreasing of pulse width，the pull and torsion decrease relatively;with the increasing of defocusing amount,the pull and torsion decrease relatively；with the increasing of the peak power，the pull and torsion decrease relatively.

cellphone nuts；laser welding；torque force and tensile force

TG456.7

：B

：1001-2303（2014）02-0088-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.21

2013-10-18

王香耿（1967—），女，河南鄭州人，高級講師，碩士，主要從事機械加工及教學方面的工作。