王香耿，郭艷麗

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南鄭州451191）

手機(jī)螺母激光焊接工藝

王香耿，郭艷麗

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)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(jī)螺母，研究了焊接峰值功率、脈寬、離焦量等工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量和接頭力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，可以使拉力和扭力都達(dá)到要求的目標(biāo)。隨著脈寬的減小，拉力和扭力相應(yīng)逐漸減??；隨著離焦量的增大，拉力和扭力相應(yīng)逐漸減?。浑S著峰值功率增大，拉力和扭力相應(yīng)逐漸增加。

手機(jī)螺母；激光焊接；扭力和拉力

0 前言

手機(jī)螺母通常采用銅或不銹鋼材質(zhì)，不銹鋼螺母一般使用SUS304不銹鋼材料，具有價(jià)格便宜、防銹性能優(yōu)良、力學(xué)強(qiáng)度高等特點(diǎn)。手機(jī)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(jī)不銹鋼螺母一般采用旋鉚、壓鉚等方式將螺母連接在手機(jī)沖壓件或其他工件上。旋鉚方式很不經(jīng)濟(jì)，壓鉚方式容易對(duì)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(diǎn)[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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離快速焊接，非常適合于手機(jī)的螺母焊接。振鏡掃描式激光點(diǎn)焊技術(shù)是最近才發(fā)展起來的新技術(shù)，具有體積小、定位精度高、掃描速度極快（100個(gè)點(diǎn)/s）等特點(diǎn)[3]。

針對(duì)手機(jī)內(nèi)構(gòu)件中的不銹鋼螺母進(jìn)行激光焊接，并且對(duì)脈沖激光峰值功率、脈寬、離焦量等工藝參量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，焊接后測(cè)試螺母的拉力、扭力，得出最佳焊接效果。

1 試驗(yàn)條件和方法

1.1 試驗(yàn)材料

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

1.2 試驗(yàn)和檢測(cè)設(shè)備

試驗(yàn)采用華工激光工程有限責(zé)任公司的焊接設(shè)備：300 W光纖傳導(dǎo)Nd∶YAG脈沖激光器，波長(zhǎng)1 064 nm，功率0～300 W連續(xù)可調(diào)，脈寬0～15 ms。工作臺(tái)采用世紀(jì)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(jī)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)激光光束進(jìn)行高速偏轉(zhuǎn)，根據(jù)軟件的控制使得光束達(dá)到指定位置，然后通過聚焦透鏡將激光聚焦到焊接點(diǎn)位。

1.3 試驗(yàn)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(duì)于焊縫中心，重復(fù)精度0.01 mm。在前期預(yù)試驗(yàn)可行的基礎(chǔ)上從節(jié)約材料和減少試驗(yàn)次數(shù)出發(fā)，對(duì)焊接峰值功率、脈沖寬度、離焦量進(jìn)行正交試驗(yàn)，所取因素水平見表2，并分析其對(duì)焊接質(zhì)量的影響。對(duì)螺孔搭接處焊接六個(gè)點(diǎn)，并且使得六個(gè)點(diǎn)平均分布。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 正交試驗(yàn)分析

由表3可知，因素A、B、C對(duì)應(yīng)的水平2、3、3時(shí)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(shí)能獲得最大的拉力和扭力。

2.2 各因素對(duì)焊接接頭拉力的影響

為了進(jìn)一步分析峰值功率、脈寬、離焦量各水平對(duì)焊接接頭的影響，以各水平因素為橫坐標(biāo)、焊接接頭的平均拉力為縱坐標(biāo)，繪制出水平因素與抗拉力之間的關(guān)系圖，如圖2所示。由圖2可知，各個(gè)因素對(duì)焊接結(jié)果的影響是不同的，離焦量水平的改變對(duì)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(duì)于手機(jī)螺母不銹鋼薄片的微激光對(duì)接焊，離焦量對(duì)接頭的抗拉力的影響最大。對(duì)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?yàn)榉逯倒β试黾樱缚p的深寬比隨之增大，導(dǎo)致抗拉力增強(qiáng)，但是峰值功率進(jìn)一步增加，激光會(huì)在工件表面形成光致等離子體，降低工件對(duì)激光的吸收，焊接接頭的抗拉力反而減小。對(duì)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?yàn)槊}沖寬度越大，單脈沖激光與工件的熱作用時(shí)間越長(zhǎng)，焊縫的寬度增加，導(dǎo)致焊接接頭抗力增強(qiáng)，但是脈沖寬度進(jìn)一步增加會(huì)使激光對(duì)工件的熱作用太強(qiáng)，可能會(huì)燒穿工件，導(dǎo)致焊接缺陷。對(duì)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(shì)。

2.3 離焦量對(duì)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(shí)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(dāng)離焦量為0 mm、0.3 mm時(shí)，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(dāng)離焦量為0.6 mm時(shí)，焊接外觀良好（見圖3b），接頭的抗拉力也較大。當(dāng)離焦量為0.9 mm時(shí)，熔透性很小，焊接接頭拉力也比較小。這是因?yàn)楫?dāng)離焦量較小時(shí)，熔透性增強(qiáng)，熔深增加，拉力相應(yīng)增加。但是當(dāng)離焦量太小時(shí)，工件離激光的焦點(diǎn)位置太近，焊接時(shí)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(jié)論

采用脈沖激光焊接手機(jī)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(duì)熔透率和焊縫寬度起到比較大的效果，離焦量對(duì)于焊接外觀起到?jīng)Q定性作用。

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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(shù)的應(yīng)用在整個(gè)汽車制造企業(yè)都有重要推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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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(jí)講師，碩士，主要從事機(jī)械加工及教學(xué)方面的工作。