激光傳感器焊接技術的介紹與發(fā)展
2013-08-15
根據(jù)國家標準GB7665-87，傳感器定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件裝置。傳感器作為檢測工具，要求檢測研究對象的物理或化學的信息，其工作過程要求穩(wěn)定、可靠、精度高，所以對傳感器有以下幾個要求：
（1）適應惡劣環(huán)境能力強——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，能適應在高溫、極寒、強烈振動、沖擊以及在其他條件下正常工作的能力，還應抗噪聲能力強，信噪比高。
（2）價格適中，適于大批量生產(chǎn)——要求傳感器一致性好，適宜自動化批量生產(chǎn)，對加工設備有較高要求，以便排除人工操作帶來的不一致性和失誤。
（3）穩(wěn)定性和可靠性高——傳感器是一種高精度檢測儀器，在軍事、航空、航天中應用都有嚴格要求，產(chǎn)品都須經(jīng)過嚴格測試才能應用。所以傳感器生產(chǎn)是一種高新技術的具體運用和體現(xiàn)。一種傳感器是否有較高的技術附加值體現(xiàn)在所包含的技術含量和加工工藝的技術是否高新。有部分傳感器由于其應用環(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，另有焊接強度要求和漏氣率要求，對焊接質(zhì)量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對內(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)射光放大的簡稱，由于其獨有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，自誕生以來，其在工業(yè)加工中的應用十分廣泛，成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強度的激光束，激光束經(jīng)過光學系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點的功率密度為104~107W/cm2，加工工件置于激光焦點附近進行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強弱程度主要取決于激光作用材料表面的時間、功率密度和峰值功率。控制上述各參數(shù)就可利用激光進行各種不同的焊接加工。
2、激光焊接的一般特點——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械加工相比較，具有許多優(yōu)點：（1）激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點、高強度的合金材料；（2）激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào)，移動速度可調(diào)，可以多種焊接加工；（3）激光焊接自動化程度高，可以用計算機進行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進行任何復雜形狀的焊接；（4）激光焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；（5）激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復雜結構內(nèi)部位置的工件；（6）激光束易于導向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換；（7）激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴格的真空設備系統(tǒng)，操作方便；（8）激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益好。
3、激光焊接在傳感器生產(chǎn)中的工藝特點——激光用來封焊傳感器金屬外殼是目前一種最先進的加工工藝方法，主要基于激光焊接有以下特點：（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)??；（3）高致密性。焊縫生成過程中，熔池不斷攪拌，氣體易出，導致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細化，焊縫強度、韌性和綜合性能高；（4）強固焊縫。高溫熱源和對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，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，使焊縫強度、韌性至少相當于甚至超過母體金屬；（5）精確控制。因為聚焦光斑很小，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，顯著減少停機輔助時間，生產(chǎn)效率高，光無慣性，還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動技術則可焊復雜構件；（6）非接觸、大氣環(huán)境焊接過程。因為能量來自激光，工件無物理接觸，因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對激光都無影響；（7）由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用，另外，激光焊接運轉費用較低，從而可降低工件成本；（8）容易實現(xiàn)自動化，對光束強度與精細定位能進行有效控制。
（1）適應惡劣環(huán)境能力強——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，能適應在高溫、極寒、強烈振動、沖擊以及在其他條件下正常工作的能力，還應抗噪聲能力強，信噪比高。
（2）價格適中，適于大批量生產(chǎn)——要求傳感器一致性好，適宜自動化批量生產(chǎn)，對加工設備有較高要求，以便排除人工操作帶來的不一致性和失誤。
（3）穩(wěn)定性和可靠性高——傳感器是一種高精度檢測儀器，在軍事、航空、航天中應用都有嚴格要求，產(chǎn)品都須經(jīng)過嚴格測試才能應用。所以傳感器生產(chǎn)是一種高新技術的具體運用和體現(xiàn)。一種傳感器是否有較高的技術附加值體現(xiàn)在所包含的技術含量和加工工藝的技術是否高新。有部分傳感器由于其應用環(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，另有焊接強度要求和漏氣率要求，對焊接質(zhì)量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對內(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)射光放大的簡稱，由于其獨有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，自誕生以來，其在工業(yè)加工中的應用十分廣泛，成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強度的激光束，激光束經(jīng)過光學系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點的功率密度為104~107W/cm2，加工工件置于激光焦點附近進行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強弱程度主要取決于激光作用材料表面的時間、功率密度和峰值功率。控制上述各參數(shù)就可利用激光進行各種不同的焊接加工。
2、激光焊接的一般特點——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械加工相比較，具有許多優(yōu)點：（1）激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點、高強度的合金材料；（2）激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào)，移動速度可調(diào)，可以多種焊接加工；（3）激光焊接自動化程度高，可以用計算機進行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進行任何復雜形狀的焊接；（4）激光焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；（5）激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復雜結構內(nèi)部位置的工件；（6）激光束易于導向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換；（7）激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴格的真空設備系統(tǒng)，操作方便；（8）激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益好。
3、激光焊接在傳感器生產(chǎn)中的工藝特點——激光用來封焊傳感器金屬外殼是目前一種最先進的加工工藝方法，主要基于激光焊接有以下特點：（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)??；（3）高致密性。焊縫生成過程中，熔池不斷攪拌，氣體易出，導致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細化，焊縫強度、韌性和綜合性能高；（4）強固焊縫。高溫熱源和對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，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，使焊縫強度、韌性至少相當于甚至超過母體金屬；（5）精確控制。因為聚焦光斑很小，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，顯著減少停機輔助時間，生產(chǎn)效率高，光無慣性，還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動技術則可焊復雜構件；（6）非接觸、大氣環(huán)境焊接過程。因為能量來自激光，工件無物理接觸，因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對激光都無影響；（7）由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用，另外，激光焊接運轉費用較低，從而可降低工件成本；（8）容易實現(xiàn)自動化，對光束強度與精細定位能進行有效控制。
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