隨著手機(jī)、平板電腦、筆記本等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的更新發(fā)展，大量新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)得到了應(yīng)用，而鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、成型性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制作各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件，并采用激光脈沖點(diǎn)焊工藝進(jìn)一步加工。在使用激光進(jìn)行脈沖點(diǎn)焊時(shí)，焊點(diǎn)極易產(chǎn)生裂紋，造成焊接強(qiáng)度下降，穩(wěn)定性也大大降低。傳統(tǒng)的 CO2、YAG 等連續(xù)激光器焊接鋁合金雖然能夠避免裂紋的產(chǎn)生，但是傳統(tǒng)激光器光束質(zhì)量差、體積龐大、維護(hù)費(fèi)用高、光電轉(zhuǎn)換效率低，在一定程度上制約了其在消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的應(yīng)用。尤其是消費(fèi)類電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件都具有厚度薄、體積小、精度高等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)連續(xù)激光器焊接時(shí)易產(chǎn)生變形大、焊穿、燒熔等問題。

光纖激光器的快速發(fā)展為解決這一難題帶來了契機(jī)，光纖激光器誕生于 20 世紀(jì) 60 年代，受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，發(fā)展比較緩慢。自 1988 年Snitzer 等人提出雙包層光纖以來，基于這種包層泵浦技術(shù)的光纖激光器和放大器獲得了快速發(fā)展，光纖激光器的輸出功率水平快速提升，并廣泛應(yīng)用于高精度激光加工、激光醫(yī)療、光通信及國防等領(lǐng)域。

相對于傳統(tǒng)激光器，光纖激光器光束質(zhì)量好、體積小、精度高、光電轉(zhuǎn)換效率高。在焊接消費(fèi)類電子產(chǎn)品的鋁合金結(jié)構(gòu)件時(shí)，能夠很好地避免傳統(tǒng)激光器焊接時(shí)存在的一些缺陷和問題。在此將光纖激光器和在消費(fèi)類電子產(chǎn)品鋁合金結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用廣泛的脈沖激光器進(jìn)行對比研究，以確定光纖激光器是否能夠成功應(yīng)用于此類產(chǎn)品上。

實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

(1) 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選取了具有代表性的 5052鋁合金作為材料，并分析其化學(xué)成分，結(jié)果如表 1 所示。材料厚度為 0.8mm，焊接接頭為搭接接頭。

(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用脈沖激光器為 YAG 燈泵功率反饋脈沖激光器，激光器功率300W，其外觀如圖 1 所示。光纖激光器采用單模光纖激光器，激光功率500W，外觀如圖 2 所示。

圖1：YAG脈沖激光焊接機(jī)

圖2：500W光纖激光器

實(shí)驗(yàn)過程中采用金相分析法評估焊接質(zhì)量，通過拉力測試評估焊接強(qiáng)度，并通過測量焊后工件外觀尺寸的方法評估焊接變形。實(shí)驗(yàn)中的焊接參數(shù)如表 1、表 2 所示。

焊接缺陷

鋁合金激光焊接的主要缺陷是氣孔和裂紋，這點(diǎn)在脈沖激光焊接時(shí)體現(xiàn)得尤為明顯。一般認(rèn)為鋁合金激光焊接產(chǎn)生的氣孔主要是氫氣孔和低熔沸點(diǎn)合金元素蒸發(fā)導(dǎo)致的氣孔。鋁合金線膨脹系數(shù)高，焊接應(yīng)力大，又是共晶型合金，易產(chǎn)生熱裂紋。尤其是激光脈沖點(diǎn)焊時(shí)，單個(gè)脈沖作用時(shí)間短，熱循環(huán)速度快，裂紋傾向很大。而采用光纖激光器連續(xù)縫焊鋁合金時(shí)，由于熔池存在時(shí)間大大延長，改善了焊接應(yīng)力以及低熔點(diǎn)物質(zhì)對焊接裂紋的影響，極大地減少了焊接過程中產(chǎn)生裂紋的傾向。同時(shí)，熔池存在時(shí)間的延長也有利于熔池中氣體的排出，減少焊接氣孔的形成。

圖3：脈沖激光器鋁合金點(diǎn)焊焊點(diǎn)與光纖激光器縫焊焊縫金相對比

脈沖激光器鋁合金點(diǎn)焊焊點(diǎn)與光纖激光器縫焊焊縫金相對比如圖 3 所示，由圖 3 可知，光纖激光器連續(xù)縫焊條件下，裂紋和氣孔都得到了明顯的改善。