基于電子技術(shù)下的電纜組裝件激光釬焊技術(shù)

文/潘宏健

1 引言

焊接作為電裝行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的一種互聯(lián)端接工藝，焊點質(zhì)量的好壞直接影響整機系統(tǒng)電氣連接的可靠性。我國電裝行業(yè)普遍采用純手工烙鐵接觸式加熱熔錫焊接，對人員技能水平及質(zhì)量意識要求較高，焊接效率及質(zhì)量受各方面影響較大，一定程度上影響了電纜組裝件產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模及經(jīng)濟效益。

隨著電纜組裝件加工工藝和技術(shù)的不斷發(fā)展，針對連接器、印制板及接線端子尺寸的進一步微小化，傳統(tǒng)的接觸式熱壓熔錫焊及電烙鐵錫焊存在明顯的工藝瓶頸，無法實現(xiàn)微小器件及微小空間復(fù)雜產(chǎn)品的精密焊接作業(yè)。同時，電纜組裝件信號傳輸品質(zhì)及傳輸速率要求在持續(xù)提升，傳統(tǒng)的接觸式錫焊工藝存在對線材及傳輸性能過熱過壓損傷的隱患,當加工零件表面比較復(fù)雜時，電烙鐵等接觸式加工手段容易產(chǎn)生空間干涉及引起零件熱損傷等隱患，手工釬焊已成為制約電裝工藝發(fā)展的重大瓶頸。

2 激光釬焊技術(shù)的可行性

2.1 目前存在的問題

電纜組裝件釬焊作業(yè)是一個有一定技術(shù)含量的工作崗位，要求作業(yè)員工必須熟練掌握電裝行業(yè)相關(guān)工藝標準及具備豐富的實踐操作經(jīng)驗，焊接生產(chǎn)成本及人力培養(yǎng)成本較高。不同焊接操作人員的技能水平參差不齊，焊接狀態(tài)一致性及焊點質(zhì)量可靠性較差，極易出現(xiàn)因操作人員個人質(zhì)量意識欠缺及技能水平較差導(dǎo)致批量產(chǎn)品返工甚至報廢的問題，若不良品未及時攔截將會帶來無法挽回的影響。同時，車間管理者無法準確評估焊接操作人員每天實際產(chǎn)出導(dǎo)致產(chǎn)品交付周期一拖再拖，焊接生產(chǎn)效率無法保證，無法做到快速響應(yīng)市場的需求，影響了電裝行業(yè)總體發(fā)展規(guī)模及工藝水平。

2.2 激光釬焊原理

激光釬焊工藝為無接觸熱傳導(dǎo)型加熱焊接工藝，是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光釬焊過程屬于熱傳導(dǎo)型，主要采用比被焊金屬熔點低的錫鉛合金作為焊料，基本原理為激光輻射加熱焊料及待焊零件表面，表面的熱量通過熱傳導(dǎo)方式向焊料內(nèi)部快速擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、功率及焊接時間等參數(shù)，使焊料充分熔融潤濕被焊金屬及導(dǎo)線芯線表面并相互擴散后發(fā)生冶金反應(yīng)形成金屬合金層，自然冷卻后形成牢固的焊接接頭，從而達到可靠的釬焊連接。

2.3 激光釬焊可行性驗證

電纜組裝件常規(guī)焊點類型主要有連接器焊接、導(dǎo)線焊接、屏蔽層焊接及印制板焊接等，釬焊作為電裝行業(yè)的特殊過程及關(guān)鍵工序，其重要性不言而喻。電裝行業(yè)目前總體呈現(xiàn)批量化及規(guī)模化的發(fā)展特點，因此僅僅依靠人員技能水平提升已無法適應(yīng)電裝產(chǎn)品微型化及高質(zhì)量發(fā)展趨勢。通過對市場上相關(guān)激光釬焊設(shè)備進行參數(shù)調(diào)試驗證、焊接樣品制作及焊點質(zhì)量試驗驗證可知，電纜組裝件典型焊點采用激光釬焊工藝能保證所有焊點處芯線浸潤合格，X射線檢查芯線結(jié)合部位焊錫填充合格，焊點外觀質(zhì)量最關(guān)鍵的參數(shù)滿足行業(yè)標準要求。同時，根據(jù)焊點強度拉力試驗結(jié)果可知所有焊點處導(dǎo)線拉力測試均為芯線直接斷裂，未出現(xiàn)導(dǎo)線芯線被拉脫出焊錫的虛焊質(zhì)量異常現(xiàn)象，焊點強度指標滿足電裝行業(yè)標準要求。

結(jié)合激光釬焊的工藝原理及非接觸式加工特點可知，激光釬焊能保證所焊產(chǎn)品的焊點強度及外觀質(zhì)量，非接觸式加工特點能有效降低焊接殘余應(yīng)力，對周圍焊點及零件沒有機械損傷及熱損傷，在傳統(tǒng)手工烙鐵難以接近的部位也能順利完成焊接作業(yè)，特別適合于電纜組裝件微小空間及復(fù)雜立體產(chǎn)品的釬焊作業(yè)，可以有效解決接觸式手工烙鐵錫焊存在的各種問題，降低對操作人員技能水平的依賴，提升電纜組裝件產(chǎn)品整體焊接工藝水平。

3 關(guān)鍵點分析

電纜組裝件激光釬焊過程控制的主要內(nèi)容就是對焊接工藝參數(shù)的控制，如何快速確定激光焦點位置并將其控制在合適的范圍內(nèi)以及如何確認各類型焊點最佳工藝參數(shù)，是后續(xù)批量電纜組裝件激光釬焊過程中需要進一步驗證并解決的關(guān)鍵問題。激光釬焊設(shè)備具有高精度、高效率及非接觸性加工等優(yōu)點，但是由于電纜組裝件結(jié)構(gòu)的多樣化，必須根據(jù)不同產(chǎn)品類型配備特定的夾具以實現(xiàn)良好的加工效果。批量夾持定位工裝設(shè)計的好壞直接影響激光釬焊的效率及質(zhì)量，需要從工裝裝卸是否方便、夾持是否牢固、定位是否精準以及過程是否存在干涉等方面去完善工裝設(shè)計，逐步建立標準工裝庫進行管控，后續(xù)根據(jù)產(chǎn)品型號直接調(diào)用工裝，并可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點適當設(shè)計部分多功能定位工裝。同時，激光釬焊設(shè)備自帶的CCD成像系統(tǒng)可以讓所有焊點清晰地呈現(xiàn)在眼前，生產(chǎn)過程中需要重點考慮如何將焊點專檢工序同CCD成像系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)焊點質(zhì)量設(shè)備自動檢測代替人工目視，提升電纜組裝件整體檢驗質(zhì)量及效率。

4 總結(jié)展望

激光釬焊作為目前市場上應(yīng)用最廣泛的一種非接觸式焊接技術(shù)，焊接溫度及焊接時間可由程序精準控制，控溫精度遠高于傳統(tǒng)手工烙鐵接觸式焊接，全部工藝參數(shù)可自行設(shè)置以適應(yīng)不同類型電裝產(chǎn)品的釬焊作業(yè)，非接觸式的加工特點可有效降低傳統(tǒng)接觸式烙鐵錫焊過程中存在干涉及損傷影響，焊點處殘余應(yīng)力和焊接變形很小。同時，激光釬焊焊點的外觀質(zhì)量及焊點強度完全符合電裝行業(yè)標準要求，焊接效率明顯高于現(xiàn)有手工烙鐵方式，激光束良好的可達性能充分保證在其它焊接方法難以接近的電裝零件部位也能順利進行焊接，特別適合于復(fù)雜立體電纜組裝件產(chǎn)品及微小空間的焊接作業(yè)。

面對全球市場的激烈競爭，為提高我國電裝行業(yè)整體焊接工藝水平，有效解決目前手工烙鐵接觸式釬焊面臨的重重困難，推動電纜組裝件業(yè)務(wù)自動化轉(zhuǎn)型升級，引入高水平的激光釬焊技術(shù)并不斷進行研究應(yīng)用勢在必行。