手机螺母激光焊接工艺

王香耿，郭艳丽

（河南机电职业学院，河南郑州451191）

手机螺母激光焊接工艺

王香耿，郭艳丽

（河南机电职业学院，河南郑州451191）

采用ND∶YAG脉冲激光器配合振镜高速焊接手机螺母，研究了焊接峰值功率、脉宽、离焦量等工艺参数对焊接质量和接头力学性能的影响。结果表明，通过优化工艺参数，可以使拉力和扭力都达到要求的目标。随着脉宽的减小，拉力和扭力相应逐渐减小；随着离焦量的增大，拉力和扭力相应逐渐减小；随着峰值功率增大，拉力和扭力相应逐渐增加。

手机螺母；激光焊接；扭力和拉力

0 前言

手机螺母通常采用铜或不锈钢材质，不锈钢螺母一般使用SUS304不锈钢材料，具有价格便宜、防锈性能优良、力学强度高等特点。手机螺母的主要功能是将塑胶件和金属零件连接起来，或者将金属件与金属件连接起来，起到紧固作用。手机不锈钢螺母一般采用旋铆、压铆等方式将螺母连接在手机冲压件或其他工件上。旋铆方式很不经济，压铆方式容易对其他部件产生变形等影响。激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热影响小和变形小等优点[1-2]，而且是非接触焊接方式，不受工件尺寸和形貌的影响，可以实现远距离快速焊接，非常适合于手机的螺母焊接。振镜扫描式激光点焊技术是最近才发展起来的新技术，具有体积小、定位精度高、扫描速度极快（100个点/s）等特点[3]。

针对手机内构件中的不锈钢螺母进行激光焊接，并且对脉冲激光峰值功率、脉宽、离焦量等工艺参量进行正交实验，焊接后测试螺母的拉力、扭力，得出最佳焊接效果。

1 试验条件和方法

1.1 试验材料

试验材料采用304不锈钢，屈服强度大于等于205MPa，延伸率大于等于40%，硬度HB≤187、HRB≤90，HV≤200，化学成分如表1所示。

1.2 试验和检测设备

试验采用华工激光工程有限责任公司的焊接设备：300 W光纤传导Nd∶YAG脉冲激光器，波长1 064 nm，功率0～300 W连续可调，脉宽0～15 ms。工作台采用世纪桑尼高速振镜，工作幅面100mm×120mm。高速振镜系统如图1所示。X轴振镜片、Y轴振镜片在高速电机的驱动下，对激光光束进行高速偏转，根据软件的控制使得光束达到指定位置，然后通过聚焦透镜将激光聚焦到焊接点位。

1.3 试验方法

将螺母镶嵌在冲压件上（不锈钢304），用CCD精确定位，使激光光斑中心正对于焊缝中心，重复精度0.01 mm。在前期预试验可行的基础上从节约材料和减少试验次数出发，对焊接峰值功率、脉冲宽度、离焦量进行正交试验，所取因素水平见表2，并分析其对焊接质量的影响。对螺孔搭接处焊接六个点，并且使得六个点平均分布。

2 试验结果和分析

2.1 正交试验分析

由表3可知，因素A、B、C对应的水平2、3、3时的拉力和扭力最大。即工艺参数为峰值功率800 W、脉宽2.0 ms、离焦量0.3 mm时能获得最大的拉力和扭力。

2.2 各因素对焊接接头拉力的影响

为了进一步分析峰值功率、脉宽、离焦量各水平对焊接接头的影响，以各水平因素为横坐标、焊接接头的平均拉力为纵坐标，绘制出水平因素与抗拉力之间的关系图，如图2所示。由图2可知，各个因素对焊接结果的影响是不同的，离焦量水平的改变对接头抗拉力的影响最大，激光峰值功率和脉冲宽度次之。这说明对于手机螺母不锈钢薄片的微激光对接焊，离焦量对接头的抗拉力的影响最大。对于激光峰值功率，焊接接头的抗拉力随着峰值功率的增加而增大，这是因为峰值功率增加，焊缝的深宽比随之增大，导致抗拉力增强，但是峰值功率进一步增加，激光会在工件表面形成光致等离子体，降低工件对激光的吸收，焊接接头的抗拉力反而减小。对于脉冲宽度，焊接接头的抗力随着脉冲宽度的增加而增大，这是因为脉冲宽度越大，单脉冲激光与工件的热作用时间越长，焊缝的宽度增加，导致焊接接头抗力增强，但是脉冲宽度进一步增加会使激光对工件的热作用太强，可能会烧穿工件，导致焊接缺陷。对于离焦量，工件的抗拉力随着离焦量的增加表现出先增大后减小的趋势。

2.3 离焦量对焊接效果的影响

激光焊接通常需要一定的离焦量，焊接薄板时宜采用正离焦。在激光峰值功率800 W、脉宽1.5 ms的条件下，改变离焦量（0～0.9 mm），每次递增0.3 mm，观察焊缝形貌的变化。当离焦量为0 mm、0.3 mm时，焊接过程中容易产生飞溅，焊后焊缝处产生孔洞等缺陷（见图3a）。当离焦量为0.6 mm时，焊接外观良好（见图3b），接头的抗拉力也较大。当离焦量为0.9 mm时，熔透性很小，焊接接头拉力也比较小。这是因为当离焦量较小时，熔透性增强，熔深增加，拉力相应增加。但是当离焦量太小时，工件离激光的焦点位置太近，焊接时容易产生飞溅，产生焊接缺陷。因此离焦量必须在合适的位置才能获得最佳焊接效果。综合焊缝外观和焊接接头抗拉力分析，离焦量的最佳参数为0.6 mm。

3 结论

采用脉冲激光焊接手机用不锈钢螺母，最佳工艺参数为：峰值功率800 W，脉冲宽度1.5 ms，离焦量为0.6 ms。在这种情况下，得到的焊接外观较为美观，拉力和扭力都足够大。通过分析比较，峰值功率在熔透率方面起到主要作用，脉宽对熔透率和焊缝宽度起到比较大的效果，离焦量对于焊接外观起到决定性作用。

[1]TZENG Y F.Process characterization of pulsed Nd：YAG laser seam welding[J].Advanced Manufacturing Technology，2000，16（1）：10-18.

[2] Rui sheng Huang，Liming Liu，Fan Zhang.Inf luences of laser in low power YAG laser MAG hybrid welding process[J].Chin.Opt.Lett.，20086（1）：47-50.

[3] 师文庆.振镜扫描式激光点焊技术中扫描路径的优化[J].应用激光，2008，28（4）：332-335.

Page 38冷却系统，绿色环保，大大降低了能源利用率。因此，阿普拉斯焊接技术的应用在整个汽车制造企业都有重要推广价值。

参考文献：

[1] 王长生，薛小怀，楼松年，等.薄板焊接变形的影响因素及控制[J].焊接技术，2005，34（4）：66-68.

[2] 吉国光.车门组件点焊缺陷分析与排除[J].汽车维修师，2009（7）：75-77.

[3] 顾春影，陈根余，梅丽芳，等.车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊对比分析[J].金属铸锻焊技术，2011，40（17）：136-139.

[4] 姚 远.国外汽车工业激光焊接应用及发展[J].现代零部件，2009（4）：32-34.

[5] 王文峰，童彦刚，王纯祥.一种新型焊接工艺-搅拌摩擦焊[J].电焊机，2004，34（1）：15-18.

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，河南郑州人，高级讲师，硕士，主要从事机械加工及教学方面的工作。