本發(fā)明涉及金屬焊接
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種3C鍵盤中鋁板與鋁架組件的焊接工藝方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，鋁板與鋁架組件通常采用超聲波摩擦焊、電阻碰焊、YAG激光點(diǎn)焊等焊接方式。超聲波摩擦焊：工作原理是通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于接觸面的熱量不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)焊接物的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。缺點(diǎn)：焊接時(shí)需要很大的施工空間，而鍵盤的鋁質(zhì)組件是立體復(fù)合半封閉式的對(duì)鉚工件，不允許有這么大的施工空間；超聲波摩擦焊是雙面接觸式焊接，需要很強(qiáng)的應(yīng)力，會(huì)直接將雙側(cè)的工件產(chǎn)生凹陷，嚴(yán)重影響外觀；需要模具壓合焊接，模具不很很小，很難滿足鍵盤鋁質(zhì)組件對(duì)接面積只有2-3mm2的情況，且極易損壞模具；焊接速度慢，焊接一個(gè)5mm2面積需要4-10秒，且需要10-20秒鐘進(jìn)行裝夾；難以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤鋁質(zhì)組件的自動(dòng)化焊接。電阻碰焊：接觸式加工，需要上下通電，在接觸點(diǎn)形成電加熱場從而形成焊接效果。缺點(diǎn)：出點(diǎn)比較大，出點(diǎn)容易斷而造成虛焊、焊接不一致；電阻焊焊接時(shí)需要很大的施工空間，而鍵盤的鋁質(zhì)組件是立體復(fù)合半封閉式的對(duì)鉚工件，不允許有這么大的施工空間；不適合焊接本身是儲(chǔ)電放電的工件。YAG激光點(diǎn)焊：非接觸式焊接，依靠YAG激光器發(fā)射的脈沖激光點(diǎn)而形成焊接，焊斑最小可達(dá)0.4mm。但缺點(diǎn)是：YAG焊接工藝適合焊單個(gè)的點(diǎn)、或者由單個(gè)的點(diǎn)形成的線條，不適合做大面積的焊接；YAG激光焊接厚度為0.4mm左右的高反鋁質(zhì)材料時(shí)，激光能量穿透后對(duì)底部1.8mm板材的穿透深度小，在焊接面積小于2mm2時(shí)焊接強(qiáng)度低，拉力小，往往小于10N；YAG整機(jī)占地面積大（整套系統(tǒng)約需3-5平方米），能耗高（約10KW），有耗材（氙燈、光纖、保護(hù)鏡片、濾芯、水等），焊斑會(huì)隨氙燈的衰減而變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致焊點(diǎn)不一致，長期運(yùn)行不穩(wěn)定；焊接效率相對(duì)傳統(tǒng)焊接高，但效率只有本工藝的20-50%。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種3C鍵盤中鋁板與鋁架組件的焊接工藝方法。本發(fā)明的一種3C鍵盤中鋁板與鋁架組件的焊接工藝方法采用以下技術(shù)方案：一種3C鍵盤中鋁板與鋁架組件的焊接工藝方法，包括如下步驟：（1）激光器選型：采用50-150W的Fiber激光器作為焊接光源，激光器采用MOPA、調(diào)Q、QCW準(zhǔn)連續(xù)脈沖等類型；（2）激光光學(xué)器件的配置：采用適合于光斑直徑是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振鏡作為焊接光束運(yùn)動(dòng)組件；采用石英或者聚合物場鏡作為聚焦光學(xué)組件，場鏡的規(guī)格為F=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330、350mm中任一種；（3）焊接前對(duì)鋁架、鋁板的預(yù)處理；（4）鋁架、鋁板的擺放與壓合；（5）確定激光參數(shù)設(shè)置與工藝重點(diǎn)；（6）激光被振鏡掃描形成的圖案的軌跡與工藝方法：由外至內(nèi)進(jìn)行圓形的螺旋形填充，內(nèi)側(cè)半徑≈0.04mm，線間距0.02-0.1mm，外徑1-2mm；或采用與輪廓漸變的環(huán)狀線填充的軌跡，外輪廓可以是圓形、多邊形、規(guī)則或者不規(guī)則的其他圖形；或采用平行的線條連續(xù)或者線條不連續(xù)的填充的軌跡；（7）整個(gè)鍵盤多個(gè)焊坑自動(dòng)化運(yùn)行：采用XY十字平臺(tái)+振鏡分割進(jìn)行拼接焊接，采用機(jī)械手裝載振鏡所在的光路的整體移動(dòng)進(jìn)行分割焊接。進(jìn)一步地，鋁架規(guī)格為1.8mm，鋁板規(guī)格為0.4mm。進(jìn)一步地，步驟（7）中，焊接時(shí)需要對(duì)焊區(qū)進(jìn)行保護(hù)氣體覆蓋，可以采用Ar2、N2或空氣對(duì)焊區(qū)進(jìn)行保護(hù)氣體覆蓋。進(jìn)一步地，步驟（3）中，鋁架為機(jī)加成型且被做過陽極氧化處理，且用激光打標(biāo)機(jī)將圖紙標(biāo)定的與鋁板接觸處的陽極層破壞掉；鋁板為沖壓成型且未被陽極氧化處理，鋁板上在圖紙標(biāo)定的坐標(biāo)位置沖壓出數(shù)個(gè)深度＜1mm的、底部都位于一個(gè)平面上的、用于與鋁架接觸的焊接凹坑。進(jìn)一步地，焊接凹坑有以下幾種中任一種：中央圓形坑、邊上半圓形坑、邊上條狀或圓弧狀坑。進(jìn)一步地，步驟（4）中，鋁架位于下方鋁板位于上方，裝好鍵盤內(nèi)的軟板、按鍵等組件后，按設(shè)計(jì)圖紙將鋁架、鋁板對(duì)好位置后，放入仿形治具中，仿形治具底部與鋁架充分接觸，頂部能夠?qū)X板充分壓合，以便鋁板與鋁架能夠充分接觸，且每個(gè)焊坑都受力均勻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用60-150W級(jí)別的中低功率光纖激光器作為焊接光源、減少焦深波動(dòng)的光學(xué)系統(tǒng)、一系列的焊接工藝方法來焊接該類型組件，從而實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)效果：1.解決了高能量密集度的激光光束帶來的焦深波動(dòng)現(xiàn)象。2.實(shí)現(xiàn)了單個(gè)焊接處的拉拔力≥15N，實(shí)現(xiàn)整體對(duì)拉拉力大于200N。3.實(shí)現(xiàn)了各個(gè)焊接點(diǎn)的產(chǎn)品一致性與長期穩(wěn)定可靠性。4.實(shí)現(xiàn)了四個(gè)角與四條邊的搭接處的可靠性與高強(qiáng)度。具體實(shí)施方式：現(xiàn)在結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的一種3C鍵盤中鋁板與鋁架組件的焊接工藝方法，包括如下步驟：1、激光器選型：采用50-150W的Fiber激光器作為焊接光源，激光器可以是MOPA、調(diào)Q、QCW準(zhǔn)連續(xù)脈沖等類型，但絕不能使用YAG、直接半導(dǎo)體等類型激光。2、激光光學(xué)器件的配置與重點(diǎn)注意事項(xiàng)：采用適合于光斑直徑是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振鏡作為焊接光束運(yùn)動(dòng)組件。采用石英或者聚合物場鏡作為聚焦光學(xué)組件，場鏡的規(guī)格可以是：F=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330、350mm等。本配置可以有效減少高能量密集與較高功率場合結(jié)合在一起時(shí)，激光在大范圍內(nèi)光點(diǎn)一致、焦深一致，焦深不隨時(shí)間、環(huán)境溫度變化而變化的情況。注意事項(xiàng)：2.2可減少焦點(diǎn)隨加工時(shí)間變長、透鏡溫度升高而產(chǎn)生焦距變短的現(xiàn)象；若采用普通的K9材質(zhì)的場鏡往往會(huì)有大范圍內(nèi)焦深隨時(shí)間、環(huán)境溫度變化而變化的情況，易造成焊接不穩(wěn)定、不一致現(xiàn)象。3、焊接前對(duì)鋁架、鋁板的預(yù)處理：3.1、鋁架通常機(jī)加成型且被做過陽極氧化處理，需要用激光打標(biāo)機(jī)將圖紙標(biāo)定的與鋁板接觸處的陽極層破壞掉；3.2、鋁板通常沖壓成型且未被陽極氧化處理，鋁板上已在圖紙標(biāo)定的坐標(biāo)位置沖壓出數(shù)個(gè)深度＜1mm的、底部都位于一個(gè)平面上的、用于與鋁架接觸的焊接凹坑（以下簡稱為“焊坑”）；焊坑有以下幾種：中央圓形坑（直徑約2.2mm）、邊上半圓形坑（直徑約2.2mm）、邊上條狀或圓弧狀坑等。如果鋁板底部有臟污，需要進(jìn)行清洗處理（包含用激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行去污漬處理）。4、鋁架、鋁板的擺放與壓合4.1、1.8mm的鋁架位于下方，0.4mm的鋁板位于上方，裝好鍵盤內(nèi)的軟板、按鍵等組件后，按設(shè)計(jì)圖紙將鋁架、鋁板對(duì)好位置。4.2、將他們放入仿形治具中，仿形治具底部必須與鋁架充分接觸，頂部能夠?qū)X板充分壓合，以便鋁板與鋁架能夠充分接觸，且每個(gè)焊坑都受力均勻。激光參數(shù)設(shè)置與工藝重點(diǎn)列表：激光參數(shù)參數(shù)值工藝重點(diǎn)（在其他參數(shù)不變時(shí)）功率40-110W1、若功率設(shè)置偏小，則焊痕越窄，表面熱現(xiàn)象越少，焊池熔深越淺，拉力偏小，甚至難以形成焊接現(xiàn)象；2、若功率偏大，則焊痕越寬，表面氣化現(xiàn)象越嚴(yán)重，焊池熔深越深，拉力因氣化太多、焊斑周圍材料變脆而喪失，可能因焊接過度而失去意義；3、若功率適中，則焊痕合適，焊池熔深0.05-0.4mm，表面氣化現(xiàn)象不嚴(yán)重，材質(zhì)可靠，焊接件互相熔接良好，拉力可≥20，試驗(yàn)中曾達(dá)到74N，普遍是≥35N。頻率60-650KHz一般選用略高于該激光器當(dāng)前脈寬所對(duì)應(yīng)的“功率降頻率”1-10%的頻率，以免造成功率低于預(yù)設(shè)功率，或單點(diǎn)能量比預(yù)設(shè)的少。脈寬20-200ns一般選用20-200ns，過低會(huì)造成吸收比少而需要大幅加大功率設(shè)置，過高會(huì)產(chǎn)生過多的氣化現(xiàn)象而影響焊接效果。6、激光被振鏡掃描形成的圖案的軌跡與工藝方法控制軟件設(shè)定了激光的特色后，一但開啟就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的光束。該光束在鋁板、鋁架間如何排布、形成多大面積的圖案，填充密度、方向、及填充形式直接影響了焊接效果。經(jīng)我們多次實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)如下：6.1、采用呈圓形的螺旋形填充的軌跡，具體工藝細(xì)節(jié)及效果如下：6.1.1由內(nèi)至外進(jìn)行圓形的螺旋形填充，內(nèi)側(cè)半徑≈0.04mm，線間距0.02-0.1mm，外徑1-2mm。按本填充形成的焊接軌跡使用合理的參數(shù)焊接后，結(jié)果是：內(nèi)部焊接不充分，外側(cè)邊沿容易因熱脹冷縮過于劇烈而產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。6.1.2由外至內(nèi)進(jìn)行圓形的螺旋形填充，內(nèi)側(cè)半徑≈0.04mm，線間距0.02-0.1mm，外徑1-2mm。按本填充形成的焊接軌跡使用合理的參數(shù)焊接后效果會(huì)很好：中心焊接充分，鋁板邊沿由接觸面至非焊接面的過度明朗，材料的強(qiáng)度不錯(cuò)，不易變脆、拉力一般比YAG的高，通?！?0N，有Ar2或N2氣體保護(hù)的情況下拉力可達(dá)到70N。6.2、采用與輪廓漸變的環(huán)狀線填充（即：回型填充）的軌跡，外輪廓不一定是圓形，可以是多邊形、規(guī)則或者不規(guī)則的其他圖形時(shí)，具體工藝細(xì)節(jié)及效果如下：整個(gè)輪廓可以是多邊形（可以有倒角）、圓形或橢圓形，面積約1-3mm2，內(nèi)部環(huán)狀線的線間距0.02-0.1mm，6.3、采用平行的線條連續(xù)或者線條不連續(xù)的填充的軌跡6.4、采用只形成外圍一圈（單線、或者經(jīng)過重復(fù)填充形成的環(huán)狀）的軌跡：當(dāng)環(huán)形形成的焊接寬度小于0.4mm、環(huán)形外徑小于1.5mm時(shí)，焊接拉力小于15N。7、整個(gè)鍵盤多個(gè)焊坑實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的工藝辦法常規(guī)鍵盤的平面尺寸大約是：長300-500mm，寬110-200mm。焊接這樣的尺寸時(shí)采用的工藝辦法如下：7.1、采用XY十字平臺(tái)+振鏡分割進(jìn)行拼接焊接。具體有以下三種方法：方法1、采用工件做XY運(yùn)動(dòng)、振鏡及光路靜止的方法：XY十字平臺(tái)裝載鍵盤及夾具進(jìn)行XY2D運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定區(qū)域時(shí)，XY平臺(tái)停止，控制系統(tǒng)控制激光及振鏡在指定的坐標(biāo)（一個(gè)或者多個(gè)坐標(biāo)）進(jìn)行焊接。方法2、采用工件靜止、振鏡及光路做XY運(yùn)動(dòng)的方法：焊接時(shí)鍵盤及夾具靜止，XY十字平臺(tái)裝載著振鏡及部分光路系統(tǒng)進(jìn)行XY2D運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定區(qū)域時(shí)控制系統(tǒng)控制XY靜止，并控制激光及振鏡在指定的坐標(biāo)（一個(gè)或者多個(gè)坐標(biāo)）進(jìn)行焊接。方法3、采用工件做X(或Y)運(yùn)動(dòng)、振鏡及光路做Y（或X）運(yùn)動(dòng)的方法：本方法是采用半龍門結(jié)構(gòu)，將工件位于下方、振鏡光路位于上方，二者各做1D運(yùn)動(dòng)，經(jīng)系統(tǒng)控制形成二維運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定位置時(shí)，系統(tǒng)控制激光及振鏡在指定的坐標(biāo)（一個(gè)或者多個(gè)坐標(biāo)）進(jìn)行焊接。7.2、采用機(jī)械手裝載振鏡所在的光路的整體移動(dòng)進(jìn)行分割焊接：焊接時(shí)，機(jī)械手裝載振鏡所在的光路的整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的位置是，機(jī)械手靜止，系統(tǒng)指揮振鏡及激光在指定的坐標(biāo)（一個(gè)或者多個(gè)坐標(biāo)）進(jìn)行焊接。8、焊接過程中吹氣保護(hù)系統(tǒng)的工藝方法。焊接時(shí)需要對(duì)焊區(qū)進(jìn)行保護(hù)氣體覆蓋（直接吹氣或形成保護(hù)氣體池），氣體種類以及用氣方式下表：種類吹氣方式吹氣氣壓時(shí)長注意事項(xiàng)Ar2對(duì)吹或保護(hù)池0.05-10bar同步N2對(duì)吹或保護(hù)池0.05-4bar同步氣壓過大易形成氮化鋁、不牢固空氣對(duì)吹0.05-2bar同步氣壓過大易氧化、焊接不牢固若不吹氣體，當(dāng)焊點(diǎn)不密集時(shí)(間距＞10mm)可以用于焊接，但飛濺物容易傷害鏡頭，煙塵容易影響焊接效果。本發(fā)明利用FIBER激光器產(chǎn)生的高能量密集度的激光光束，通過合理的光學(xué)器件，穩(wěn)定的輸出到焊接處，穿透上層鋁塊；再通過振鏡運(yùn)動(dòng)形成設(shè)定的軌跡，巧妙形成一定面積的焊痕，同時(shí)利用高速焊接時(shí)堆壘焊痕可相互作用形成熔深比較深的熔池，在吹氣保護(hù)等工藝的配合下，就形成了牢固的焊接。本工藝方法作用下整個(gè)鍵盤的拉力、抗震、抗摔等破壞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)越于YAG焊接工藝；采用FIBER激光器作為焊接光源，比YAG燈泵浦激光器運(yùn)行更穩(wěn)定；比超聲波、電阻碰焊、YAG焊接工藝更快的速度；加工空間上比超聲波、電阻碰焊?。患庸に俣仁浅暡?、YAG的3-10倍；能耗比YAG小約8-10倍；綜合減低運(yùn)營成本3-8倍；社會(huì)效益大。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁1 2 3