一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳及激光封焊方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，管壳为硅铝合金材料，且管壳由顶端向底端方向硅铝合金材料中的硅含量呈三个梯度增大，本发明专利技术提高了管壳的可焊接性。本发明专利技术还公开了一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法，用于对本发明专利技术的薄壁梯度硅铝管壳进行激光封焊，包括选取薄壁梯度硅铝管壳及盖板，装夹硅铝管壳，对管壳与盖板进行点焊固定，以及激光封焊管壳与盖板，本发明专利技术，有效地改善管壳焊接接头质量和降低管壳残余应力，从而提升激光焊接质量。升激光焊接质量。升激光焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳及激光封焊方法


[0001]本专利技术属于激光焊接
，涉及一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，还涉及一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天技术的发展和不断提高的元器件及其组装技术要求，现代空间电子产品大量采用模块化的混合集成电路，混合集成电路通过焊接密闭封装在管壳中。封装的管壳对芯片具有机械支撑、电信号传输以及密封保护功能。其中，密封保护功能对于混合集成电路产品尤为重要，可保证产品在经历地面试验、发射、空间运行等各种复杂环境时，内部电路免受外部环境的冲击振动和太空辐射。
[0003]在管壳封焊时腔体内部的最高温度不能超过电子元器件及芯片的耐受温度，不能超过管壳内部各种焊料的熔化温度，以免管壳内部电路损坏。为更好地保护管壳内部芯片等元器件，要求焊接后的管壳具有很高的气密性，这就需要管壳的封焊质量好，不能存在未焊透、或者焊后产生微裂纹等缺陷。激光焊接工艺具有能量集中、可瞬时加热、热影响区小、无需填充焊料和路径控制精确等优点，成为管壳封装的首选焊接工艺。高硅铝合金材料具有质量轻、强度高、导热性好、热膨胀系数小、热稳定性好、易加工成形和成本低等优点，成为电子封装管壳与盖板的首选材料。
[0004]大量的实验研究表明，管壳若采用单一的硅铝合金材料，管壳材料的热膨胀系数将无法同时匹配基板和盖板的热膨胀系数，因此焊后管壳会产生较大的残余应力，管壳内部的基板也会随着管壳产生翘曲与局部应力集中。为了得到较好的焊接质量，可以采用不同含硅量的硅铝合金材料制造管壳，管壳结构中的硅铝合金材料呈梯度分布。但是，在激光封焊过程中，若激光热输入功率过大，梯度管壳侧壁温度过高，会破坏侧壁结构或高温导致管壳内部的电子元器件失效。若激光输入功率不足，管壳与盖板焊缝连接不可靠。同时，因为管壳与盖板在激光封焊过程中受热不均匀，可能会导致管壳出现焊接变形、产生较大焊接残余应力，甚至使管壳产生脆性断裂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，为梯度硅铝材料，提高了管壳的可焊接性。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法，有效地改善管壳焊接接头质量和降低管壳残余应力，从而提升激光焊接质量。
[0007]本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，管壳内部焊接有基板，管壳顶部与盖板焊接，管壳为硅铝合金材料，且管壳由顶端向底端方向硅铝合金材料中的硅含量呈三个梯度增大；
[0008]三个梯度中，第三梯度对应管壳底壁所在的厚度范围，第三梯度硅铝合金材料中的硅含量最高，第三梯度硅铝合金材料的热膨胀系数与基板的热膨胀系数匹配；第一梯度
对应管壳顶部及靠近顶部处，第一梯度硅铝合金材料中的硅含量最低，第一梯度硅铝合金材料的热膨胀系数与盖板的热膨胀系数匹配；第二梯度对应管壳剩余部分，第二梯度硅铝合金材料中的硅含量介于第一梯度和第三梯度之间。
[0009]本专利技术的特点还在于，
[0010]按照管壳硅铝合金材料中硅含量三个梯度对应位置将管壳分层，分层包括管壳底层、管壳中层和管壳上层，第三梯度对应管壳底层，管壳底层厚度最小，第二梯度对应管壳中层，管壳中层厚度最大，第一梯度对应管壳上层，管壳上层的厚度介于管壳底层和管壳中层的厚度大小之间。
[0011]本专利技术采用的第二种技术方案是，一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法，用于对本专利技术的薄壁梯度硅铝管壳进行激光封焊，具体按照如下步骤实施：
[0012]步骤1，材料选取：选取薄壁梯度硅铝管壳及盖板；
[0013]步骤2，装夹：将管壳限位装夹在散热板上，管壳内壁顶部设置有肩台，将盖板放置在管壳的肩台上使盖板嵌入管壳顶部，盖板上表面与管壳顶端端面齐平，在盖板顶部放置压紧块限制盖板移动；
[0014]步骤3，点焊：设置激光器的脉冲激光参数，脉冲激光参数包括激光封焊的输入功率、光斑直径，调节离焦量，设置点焊路径，运行激光程序，对管壳与盖板进行点焊固定；
[0015]步骤4，激光封焊：观察点焊效果，确认盖板无翘曲、漏焊后设置激光连续焊接路径，运行程序，激光焊接机以设定好的激光焊接参数、焊缝路径，完成管壳与盖板的焊接。
[0016]本专利技术的特点还在于，
[0017]步骤2中通过多个约束块限位装夹管壳，多个约束块在管壳外侧从不同方向对管壳施加约束，散热板为散热铝板。
[0018]步骤3中对管壳与盖板的点焊为对称点焊。
[0019]步骤3中激光点焊采用的激光器为ND:YAG脉冲激光器，设置激光焊接的脉冲激光参数包括：热输入功率为160～170W、脉宽为5ms、光斑直径为0.6～0.8mm，离焦量为
‑
1～1mm。
[0020]步骤4激光焊接机在焊接过程中，采用吸除烟雾装置及时消除烟雾对脉冲激光束的影响，采用散热铝板作为管壳的支撑，让焊接中管壳与盖板快速降温。
[0021]步骤4中设定的激光焊接参数包括：激光平均功率为1600～2000W、脉冲频率为18Hz、脉宽为5ms、焊接速度为3～5mm/s、光斑直径为0.6～0.8mm，离焦量为
‑
1～1mm。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，为梯度硅铝材料，分别与基板和盖板的热膨胀系数的匹配性高，与传统单一材料的管壳相比，能够有效提高焊件表面成形稳定性，减小焊接残余应力，可焊接性好。
[0024]本专利技术一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法，操作简单便捷，通过设定特定的装夹方式与焊接工艺参数，提高了焊接接头与薄壁管壳的质量，焊后不易产生气孔、裂纹等；工艺参数可选范围较大，易获得较好的封焊效果，进而提高结构的强度及可靠性。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳的装夹示意图；
[0026]图2是本专利技术一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法中盖板与管壳嵌入对接剖面图；
[0027]图3是本专利技术一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法中盖板与管壳点焊示意图；
[0028]图4是本专利技术一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法管壳封焊后焊缝表面形貌与焊接接头剖面图。
[0029]图中，21.盖板，22.管壳上层，23.管壳中层，24.管壳底层，25.散热铝板，26.约束块，27.焊缝，28.脉冲激光束，29.吸除烟雾装置，30.压紧块。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0031]本专利技术一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，管壳尺寸为100
×
80
×
8.5mm，管壳侧壁厚度为0.8mm，管壳内部焊接有基板，管壳顶部与盖板21焊接，管壳为硅铝合金材料，且管壳由顶端向底端方向硅铝合金材料中的硅含量呈三个梯度增大。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，所述管壳内部焊接有基板，所述管壳顶部与盖板(21)焊接，其特征在于，所述管壳为硅铝合金材料，且所述管壳由顶端向底端方向硅铝合金材料中的硅含量呈三个梯度增大；三个梯度中，第三梯度对应管壳底壁所在的厚度范围，第三梯度硅铝合金材料中的硅含量最高，第三梯度硅铝合金材料的热膨胀系数与基板的热膨胀系数匹配；第一梯度对应管壳顶部及靠近顶部处，第一梯度硅铝合金材料中的硅含量最低，第一梯度硅铝合金材料的热膨胀系数与盖板(21)的热膨胀系数匹配；第二梯度对应管壳剩余部分，第二梯度硅铝合金材料中的硅含量介于第一梯度和第三梯度之间。2.根据权利要求1所述的一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳，其特征在于，按照所述管壳硅铝合金材料中硅含量三个梯度对应位置将管壳分层，分层包括管壳底层(24)、管壳中层(23)和管壳上层(22)，第三梯度对应管壳底层(24)，管壳底层(24)厚度最小，第二梯度对应管壳中层(23)，管壳中层(23)厚度最大，第一梯度对应管壳上层(22)，管壳上层(22)的厚度介于管壳底层(24)和管壳中层(23)的厚度大小之间。3.一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法，用于对权利要求1
‑
2任一项所述的薄壁梯度硅铝管壳进行激光封焊，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1，材料选取：选取薄壁梯度硅铝管壳及盖板(21)；步骤2，装夹：将管壳限位装夹在散热板上，所述管壳内壁顶部设置有肩台，将盖板(21)放置在管壳的肩台上使盖板(21)嵌入管壳顶部，盖板(21)上表面与管壳顶端端面齐平，在盖板(21)顶部放置压紧块(30)限制盖板(21)移动；步骤3，点焊：设置激光器的脉冲激光参数，脉冲激光参数包括激...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，杨晨曦，杨明顺，陈延鹏，单世杰，曲铎，李胜伟，杨阿帆，高波，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：