基于电子技术下的电缆组装件激光钎焊技术

文/潘宏健

1 引言

焊接作为电装行业内应用最广泛的一种互联端接工艺，焊点质量的好坏直接影响整机系统电气连接的可靠性。我国电装行业普遍采用纯手工烙铁接触式加热熔锡焊接，对人员技能水平及质量意识要求较高，焊接效率及质量受各方面影响较大，一定程度上影响了电缆组装件产品的生产规模及经济效益。

随着电缆组装件加工工艺和技术的不断发展，针对连接器、印制板及接线端子尺寸的进一步微小化，传统的接触式热压熔锡焊及电烙铁锡焊存在明显的工艺瓶颈，无法实现微小器件及微小空间复杂产品的精密焊接作业。同时，电缆组装件信号传输品质及传输速率要求在持续提升，传统的接触式锡焊工艺存在对线材及传输性能过热过压损伤的隐患,当加工零件表面比较复杂时，电烙铁等接触式加工手段容易产生空间干涉及引起零件热损伤等隐患，手工钎焊已成为制约电装工艺发展的重大瓶颈。

2 激光钎焊技术的可行性

2.1 目前存在的问题

电缆组装件钎焊作业是一个有一定技术含量的工作岗位，要求作业员工必须熟练掌握电装行业相关工艺标准及具备丰富的实践操作经验，焊接生产成本及人力培养成本较高。不同焊接操作人员的技能水平参差不齐，焊接状态一致性及焊点质量可靠性较差，极易出现因操作人员个人质量意识欠缺及技能水平较差导致批量产品返工甚至报废的问题，若不良品未及时拦截将会带来无法挽回的影响。同时，车间管理者无法准确评估焊接操作人员每天实际产出导致产品交付周期一拖再拖，焊接生产效率无法保证，无法做到快速响应市场的需求，影响了电装行业总体发展规模及工艺水平。

2.2 激光钎焊原理

激光钎焊工艺为无接触热传导型加热焊接工艺，是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光钎焊过程属于热传导型，主要采用比被焊金属熔点低的锡铅合金作为焊料，基本原理为激光辐射加热焊料及待焊零件表面，表面的热量通过热传导方式向焊料内部快速扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、功率及焊接时间等参数，使焊料充分熔融润湿被焊金属及导线芯线表面并相互扩散后发生冶金反应形成金属合金层，自然冷却后形成牢固的焊接接头，从而达到可靠的钎焊连接。

2.3 激光钎焊可行性验证

电缆组装件常规焊点类型主要有连接器焊接、导线焊接、屏蔽层焊接及印制板焊接等，钎焊作为电装行业的特殊过程及关键工序，其重要性不言而喻。电装行业目前总体呈现批量化及规模化的发展特点，因此仅仅依靠人员技能水平提升已无法适应电装产品微型化及高质量发展趋势。通过对市场上相关激光钎焊设备进行参数调试验证、焊接样品制作及焊点质量试验验证可知，电缆组装件典型焊点采用激光钎焊工艺能保证所有焊点处芯线浸润合格，X射线检查芯线结合部位焊锡填充合格，焊点外观质量最关键的参数满足行业标准要求。同时，根据焊点强度拉力试验结果可知所有焊点处导线拉力测试均为芯线直接断裂，未出现导线芯线被拉脱出焊锡的虚焊质量异常现象，焊点强度指标满足电装行业标准要求。

结合激光钎焊的工艺原理及非接触式加工特点可知，激光钎焊能保证所焊产品的焊点强度及外观质量，非接触式加工特点能有效降低焊接残余应力，对周围焊点及零件没有机械损伤及热损伤，在传统手工烙铁难以接近的部位也能顺利完成焊接作业，特别适合于电缆组装件微小空间及复杂立体产品的钎焊作业，可以有效解决接触式手工烙铁锡焊存在的各种问题，降低对操作人员技能水平的依赖，提升电缆组装件产品整体焊接工艺水平。

3 关键点分析

电缆组装件激光钎焊过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制，如何快速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围内以及如何确认各类型焊点最佳工艺参数，是后续批量电缆组装件激光钎焊过程中需要进一步验证并解决的关键问题。激光钎焊设备具有高精度、高效率及非接触性加工等优点，但是由于电缆组装件结构的多样化，必须根据不同产品类型配备特定的夹具以实现良好的加工效果。批量夹持定位工装设计的好坏直接影响激光钎焊的效率及质量，需要从工装装卸是否方便、夹持是否牢固、定位是否精准以及过程是否存在干涉等方面去完善工装设计，逐步建立标准工装库进行管控，后续根据产品型号直接调用工装，并可根据产品结构特点适当设计部分多功能定位工装。同时，激光钎焊设备自带的CCD成像系统可以让所有焊点清晰地呈现在眼前，生产过程中需要重点考虑如何将焊点专检工序同CCD成像系统相结合，实现焊点质量设备自动检测代替人工目视，提升电缆组装件整体检验质量及效率。

4 总结展望

激光钎焊作为目前市场上应用最广泛的一种非接触式焊接技术，焊接温度及焊接时间可由程序精准控制，控温精度远高于传统手工烙铁接触式焊接，全部工艺参数可自行设置以适应不同类型电装产品的钎焊作业，非接触式的加工特点可有效降低传统接触式烙铁锡焊过程中存在干涉及损伤影响，焊点处残余应力和焊接变形很小。同时，激光钎焊焊点的外观质量及焊点强度完全符合电装行业标准要求，焊接效率明显高于现有手工烙铁方式，激光束良好的可达性能充分保证在其它焊接方法难以接近的电装零件部位也能顺利进行焊接，特别适合于复杂立体电缆组装件产品及微小空间的焊接作业。

面对全球市场的激烈竞争，为提高我国电装行业整体焊接工艺水平，有效解决目前手工烙铁接触式钎焊面临的重重困难，推动电缆组装件业务自动化转型升级，引入高水平的激光钎焊技术并不断进行研究应用势在必行。