CN113369689B - 一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具及连接方法 - Google Patents

一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具及连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及航空微细零部件焊接领域，公开了一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊模具及连接方法，所述模具的本体表面上均匀设置十字凹槽；所述十字凹槽的的数量与需焊接的插座针脚的数量相同；所述方法将模具装配于待焊的插座之上；将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于所述模具的十字凹槽的横向凹槽内，调节振镜激光***的激光扫描区域路径；设置振镜激光扫描***的焊接参数，焊接所述的传感器插座与尾端导线，形成焊接接头；转动插座，依次完成所有插座针脚的焊接。本发明解决了传统火焰钎焊过程中空间紧凑难以焊接的问题，并能够实现高效焊接。

Description

一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具及连 接方法
技术领域
本发明涉及航空微细零部件焊接领域，更具体地涉及一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具及连接方法。
背景技术
在航空航天电子领域，传感元器件是常见的核心零部件。插座作为快速、简单、方便的一种形式，常用于各传感元件与其他元件的信息交互，插座外部连接接收端，内部连接反应端，其与内部反应端的连接往往由焊接实现，其连接质量决定了信息传输的稳定与可靠。
针对传感器针脚与多股导线的连接，目前主要通过火焰钎焊和电阻钎焊来实现。传统的火焰钎焊在实施焊接的过程中，由于插座本身空间尺寸紧凑及火焰束流尺寸较大的限制，在加热过程中常常产生干涉的现象，致使局部区域的接头被多次重复加热，产生组织恶化，降低产品的质量及可靠性。除此之外，精密的操作对操作人员的技术水平能力要求较高，人为因素为产品最后的焊接质量引入了较大的不确定性。若采用电阻焊，焊接面呈圆形，不易施焊，电极与工件易滑脱，造成熔核歪斜等问题，且结构上也存在干涉，不易操作。
发明内容
为解决现有技术中传感器插座与尾端导线在传统火焰钎焊过程中空间紧凑难以焊接、火焰束难以控制极易产生二次加热引起组织恶化的问题，本发明提供一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具及连接方法。
本发明采用的具体方案为：一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的模具，所述模具的本体表面上均匀设置十字凹槽；所述十字凹槽的数量与需焊接的插座针脚的数量相同。
所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。
所述纵向凹槽的宽度为2-2.4mm，深度为3-3.5mm。
所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，且距离模具前端的距离为5-10mm，横向凹槽的宽度为0.5-0.8mm，深度为0.5-0.8mm。
另一方面，本发明提供一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊连接方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将所述的模具装配于待焊的插座之上，使插座针脚均处于所述模具的十字凹槽的纵向凹槽底部；
（2）将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于所述模具的十字凹槽的横向凹槽内，调节振镜激光***的激光扫描区域路径；
（3）设置振镜激光扫描***的焊接参数，焊接所述的传感器插座与尾端导线，形成焊接接头；
（4）转动插座，使下一个针脚的焊接位置位于正上方，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接。
所述步骤（1）所述的插座针脚呈管状，所述插座针脚的外径为2-2.4mm，内径为1.6-2.2mm，壁厚为0.2-0.4mm，所述插座针脚的针脚数为3-5个。
所述步骤（2）中钎料为丝状，所述钎料的直径为0.3-0.5mm，所述钎料的剪取长度为5-10mm。
所述步骤（2）中振镜激光***的激光扫描区域为矩形；扫描路径为平行于焊缝方向扫描。
所述步骤（2）中的振镜激光***的激光发生源为SPI纳秒激光器，其最高平均功率可达70W，波长为1064 nm，具有脉冲Pulse、连续CW两种工作模式，搭载有振镜工作平台，实现步骤（2）所述的扫描区域及路径的可编程规划。
所述步骤（3）中的振镜激光扫描***焊接参数，包括工作模式、焊接功率、焊接速度、离焦量及加工次数，所述工作模式为连续CW工作模式，所述焊接功率为42-70W，所述焊接速度为200-500mm/s，所述离焦量为+5-+15mm，所述加工次数为10-30次。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
本发明通过在模具本体上均匀设置十字凹槽，所述十字凹槽的数量与需焊接的插座针脚的数量相同，使插座针脚均处于所述模具的十字凹槽的纵向凹槽底部，将尾端导线***插座针脚内，采用振镜激光钎焊技术，激光束通过振镜偏转使激光加工焦点沿着特定扫描轨迹进行快速移动从而实现高效焊接。采用本发明所述的焊接方法，使激光的加热位置精确可控，能够有效的避免传统火焰钎焊加工过程中由于空间狭小产生的干涉及二次加热的问题。
附图说明
图1为本发明实施例2所述模具示意图；
图2为本发明实施例2所述模具装配示意图；
图3为本发明振镜激光钎焊过程中激光扫描路径的示意图；
图4为本发明实施例3所述模具示意图；
图5为本发明实施例3所述模具装配示意图；
图6为本发明传感器插座与尾端导线钎焊后宏观形貌图；
图7为本发明传感器插座与尾端导线钎焊后截面组织形貌图；
其中，附图标记分别为：
201. 模具；202. 传感器插座焊杯；203. 传感器插座针脚；204. 尾端导线；205.钎料；206. 激光束。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊模具，所述模具的本体表面上均匀设置十字凹槽；所述十字凹槽的数量与需焊接的插座针脚的数量相同。所述模具的材料为陶瓷材料，其与钎料不发生明显的化学反应。
所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。
所述纵向凹槽的宽度为2-2.4mm，深度为3-3.5mm。
所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，距离模具前端的距离为5-10mm，横向凹槽的宽度为0.5-0.8mm，深度为0.5-0.8mm。
所述纵向凹槽、横向凹槽的尺寸设置保证插座针脚、尾端导线和钎料均能放置于其十字凹槽内，且便于焊接。
另一方面，本发明提供一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊连接方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将所述的模具装配于待焊的插座之上，使插座针脚均处于所述模具的十字凹槽的纵向凹槽底部；
（2）将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于所述模具的十字凹槽的横向凹槽内，调节振镜激光***的激光扫描区域路径；
（3）设置振镜激光扫描***的焊接参数，焊接所述的传感器插座与尾端导线，形成焊接接头；
（4）转动插座，使下一个针脚的焊接位置位于正上方，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接。
所述步骤（1）所述的插座针脚呈管状，所述插座针脚的外径为2-2.4mm，内径为1.6-2.2mm，壁厚为0.2-0.4mm，所述插座针脚的针脚数为3-5个。
所述步骤（2）中钎料为丝状，所述钎料的直径为0.3-0.5mm，所述钎料的剪取长度为5-10mm。
所述步骤（2）中振镜激光***的激光扫描区域为矩形；扫描路径为平行于焊缝方向扫描。
所述步骤（2）中的振镜激光***的激光发生源为SPI纳秒激光器，其最高平均功率可达70W，波长为1064 nm，具有脉冲Pulse、连续CW两种工作模式，搭载有振镜工作平台，实现步骤（2）所述的扫描区域及路径的可编程规划。
所述步骤（3）中的振镜激光扫描***焊接参数，包括工作模式、焊接功率、焊接速度、离焦量及加工次数，所述工作模式为连续CW工作模式，所述焊接功率为42-70W，所述焊接速度为200-500mm/s，所述离焦量为+5-+15mm，所述加工次数为10-30次。
本发明中所述模具、平行于焊缝方向扫描的路径以及矩形扫描区域三者共同起到了对传感器插座与尾端导线进行局部加热和快速冷却的作用，使接头热分布控制精准，有利于调控润湿成形和抑制金属间化合物的生成，能够获得润湿成型良好、界面化合物可控的高质量接头，克服了在传统火焰钎焊过程中空间紧凑难以焊接、火焰束难以控制的技术阻力。
此外，焊接过程中待焊母材及钎料均以预置的方式装载于模具之上，极大程度的降低了人工操作带来的不确定性，有效的提升了焊接效率及质量。
实施例1：
本实施例提供了一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊连接方法，具体包括以下步骤：
（1）加工具有适用型十字凹槽的辅助成型的模具，并将其装配于待焊的插座之上，使得插座针脚均处于纵向凹槽底部。所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。所述纵向凹槽的宽度为2mm，深度为3mm。所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，距离模具前端的距离为5mm，横向凹槽的宽度为0.5mm，深度为0.5mm。
所述的插座针脚，其材质为铜合金，针脚呈管状，其外径为2mm，内径为1.6mm，壁厚为0.2mm，针脚数为3个。
所述模具的材料为陶瓷材料，其与钎料不发生明显的化学反应；保证插座针脚、尾端导线和钎料均平稳放置于其十字凹槽内。
（2）将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于成型模具的横向凹槽内。调节并设计振镜激光***的激光扫描区域路径。
所述的尾端导线，其材质为铜，其直径为1.5mm。所述钎料，其材质为银铜钎料，丝状钎料其直径为0.3mm，其剪取长度为5mm。所述的振镜激光***，激光发生源为SPI纳秒激光器，其最高平均功率可达70W，波长为1064 nm，具有脉冲Pulse、连续CW两种工作模式，搭载有振镜工作平台。
在将尾端导线、插座针脚及钎料放置于辅助成型模具之前，采用丙酮对所述待焊尾端导线和传感器插座针脚进行清理擦拭。
（3）设置振镜激光扫描***的焊接参数，焊接所述的传感器插座与尾端导线，形成焊接接头。所述的振镜激光扫描***焊接参数，主要包括工作模式、焊接功率、焊接速度、离焦量及加工次数，其中所述的工作模式连续CW工作模式，其中所述的焊接功率为42W，所述的焊接速度为200mm/s，所述的离焦量为+5mm，加工次数为10次。
（4）转动插座，使下一个针脚的焊接位置位于正上方，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接。
实施例2
本实施例中的尾端导线材料为镍，直径为2mm，传感器插座针脚材料为铜合金管，其外径为2.4mm，内径为2mm，壁厚为0.4mm，针脚数量为3个。
首先，加工具有适用型十字凹槽的辅助成型模具，所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。所述纵向凹槽的宽度为2.4mm，深度为3.5mm。所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，距离模具前端的距离为10mm，横向凹槽的宽度为0.8mm，深度为0.8mm。
采用丙酮对所述待焊尾端导线和传感器插座针脚进行清理擦拭。并将辅助成型模具装配于待焊的插座之上，使得插座针脚均处于纵向凹槽底部。参照附图1、2所示，本发明的装配包括具有十字凹槽的辅助成型模具201，传感器插座焊杯202，传感器插座针脚203，尾端导线204及钎料205。将尾端导线204***插座针脚203内，并剪取适量钎料置于成型模具的横向凹槽内。调节并设计振镜激光***的激光扫描区域路径，选取沿钎料轴向往复扫描的加工方式。振镜激光扫描区域及扫描方式示意如图3所示，激光束206沿钎料205轴向以加工路径206方式实现往复扫描。
设置振镜激光扫描***的焊接参数，设置其工作模式为连续CW工作模式，焊接功率为56W，焊接速度为300mm/s，离焦量为+10mm，加工次数为15次，焊接所述的尾端导线与传感器针脚，形成焊接接头，如图6、7所示。可以看出，本方法所得的连接接头成型良好，无明显的外观缺陷，接头截面位置钎料充分润湿待连接母材，且母材本身并无烧损，满足工业生产的使用需求。
转动插座，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接，实现局部加热和快速冷却。
实施例3
本实施例中的尾端导线材料为镍，直径为1.5mm，传感器插座针脚材料为可伐合金，其外径为2mm，内径为2.2mm，壁厚为0.25mm，针脚数量为5个。
首先，加工具有适用型十字凹槽的辅助成型模具，所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。所述纵向凹槽的宽度为2.2mm，深度为3.3mm。所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，距离模具前端的距离为6mm，横向凹槽的宽度为0.6mm，深度为0.6mm。
如图4所示。采用丙酮对所述待焊尾端导线和传感器插座针脚进行清理擦拭。并将辅助成型模具装配于待焊的插座之上，使得插座针脚均处于纵向凹槽底部，如图5所示。将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于成型模具的横向凹槽内。调节并设计振镜激光***的激光扫描区域路径，选取沿钎料轴向往复扫描的加工方式。振镜激光扫描区域及扫描方式示意如图3所示，激光束206沿钎料205轴向以加工路径206方式实现往复扫描。
设置振镜激光扫描***的焊接参数，设置其工作模式为连续CW工作模式，焊接功率为70W，焊接速度为500mm/s，离焦量为+15mm，加工次数为30次，焊接所述的尾端导线与传感器针脚，形成焊接接头。
转动插座，使下一个针脚的焊接位置位于正上方，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接。
实施例3中所连接的传感器插座针脚相比于实施例2中更密，如图2和图5所示，在相同区域内阵脚数量由3个增加到5个，在焊接过程中产生更大的干涉问题，对于传统火焰钎焊重复加热现象严重，采用本发明所述的焊接方法，激光的加热位置精确可控，能够有效的避免传统火焰钎焊加工过程中由于空间狭小产生的干涉及二次加热的问题，能够实现传感器插座与尾端导线的可靠连接。
本实施例提供的上述方案，传感器插座与尾端导线的焊接过程中采用了振镜激光钎焊技术，激光束通过振镜偏转使激光加工焦点沿着特定扫描轨迹进行快速移动从而实现高效焊接，采用本发明所述的焊接方法，激光的加热位置精确可控，能够有效的避免传统火焰钎焊加工过程中由于空间狭小产生的干涉及二次加热的问题。焊接过程中待焊母材及钎料均以预置的方式装载于模具之上，极大程度的降低了人工操作带来的不确定性，有效提升了焊接效率及质量。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法包括以下步骤：（1）将模具装配于待焊的插座之上，使插座针脚均处于所述模具的十字凹槽的纵向凹槽底部；
（2）将尾端导线***插座针脚内，并剪取适量钎料置于所述模具的十字凹槽的横向凹槽内，调节振镜激光***的激光扫描区域路径；
（3）设置振镜激光扫描***的焊接参数，焊接所述的传感器插座与尾端导线，形成焊接接头；
（4）转动插座，使下一个针脚的焊接位置位于正上方，重复上述过程，依次完成所有插座针脚的焊接；
所述模具的本体表面上均匀设置十字凹槽；所述十字凹槽的数量与需焊接的插座针脚的数量相同，所述十字凹槽由纵向凹槽与横向凹槽正交设置。
2.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述纵向凹槽的宽度为2-2.4mm，深度为3-3.5mm。
3.根据权利要求2所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述横向凹槽位于纵向凹槽中部，该横向凹槽距离模具前端的距离为5-10mm，横向凹槽的宽度为0.5-0.8mm，深度为0.5-0.8mm。
4.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法中所述步骤（1）所述的插座针脚呈管状，所述插座针脚的外径为2-2.4mm，内径为1.6-2.2mm，壁厚为0.2-0.4mm，所述插座针脚的针脚数为3-5个。
5.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法中所述步骤（2）中钎料为丝状，所述钎料的直径为0.3-0.5mm，所述钎料的剪取长度为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法中所述步骤（2）中振镜激光***的激光扫描区域为矩形；扫描路径为平行于焊缝方向扫描。
7.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法中所述步骤（2）中的振镜激光***的激光发生源为SPI纳秒激光器，其最高平均功率达70W，波长为1064 nm，具有脉冲Pulse、连续CW两种工作模式，搭载有振镜工作平台，实现步骤（2）所述的扫描区域及路径的可编程规划。
8.根据权利要求1所述的用于传感器插座与尾端导线的振镜激光钎焊的连接方法，其特征在于，所述连接方法中所述步骤（3）中的振镜激光扫描***焊接参数，包括工作模式、焊接功率、焊接速度、离焦量及加工次数，所述工作模式为连续CW工作模式，所述焊接功率为42-70W，所述焊接速度为200-500mm/s，所述离焦量为+5-+15mm，所述加工次数为10-30次。
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