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传感器技术是当今世界迅猛发展的高新技术之一,它与计算机技术、通讯技术共同构成本世纪信息产业的三大支柱,备受世界各发达国家的高度重视。部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装,这类传感器的内部有敏感元件和集成电路,充惰性气体或抽真空与外界隔绝。传感器封装质量要求极高,不仅有耐压、气密性要求,强度要求,而且要求封装过程中变形小,不能损坏其内部元件和微电路。传统的封装方法不能满足传感器快速发展的需求,而具有诸多优点的激光焊接技术应用在传感器外壳封装势在必行。
传感器外壳选用304不锈钢,采用广州瑞通激光LWS-400FK型Nd:YAG脉冲激光系统对其进行焊接研究。实验方案为:1.采用正交试验方法焊接304不锈钢薄板；2.在薄板焊接基础上,采用相对优化的工艺参数焊接304不锈钢管；3.使用最终优化参数焊接实际工件。利用先进检测手段分析焊缝表面形貌、焊接接头成形,检测焊缝金相组织,对焊接接头进行硬度测试和拉伸试验,对焊接过程温度场进行数值模拟,并对实际工件工作信号进行检测,得到以下结论:
1.304不锈钢薄板焊接:获得优化工艺参数为电流180A,脉宽3ms,频率30Hz,速度10mm/s。优化参数试样表面呈均匀鱼鳞状,无裂纹、熔渣等焊接缺陷。焊缝的显微组织呈细小的奥氏体组织,为树枝晶、柱状晶、等轴晶分布。优化参数焊接试样抗拉强度为767.5MPa,达到基体的96％。接头显微硬度范围为HV0.3230～250,与强度值对应。
2.304不锈钢管焊接:正离焦焊接方式优于负离焦方式；平均功率小于200W为热传导焊,200W以上为深熔焊。焊缝组织为奥氏体,由基体到焊缝中心分别呈树枝晶、柱状晶、等轴晶分布。优化参数焊接试样抗拉强度为672MPa,达到基体的92％,断裂机制为韧性断裂；焊缝硬度与基体相当,为HV0.3200～230;压痕周围没有发现裂纹。焊接过程中,距焊缝1mm处温度为85℃,2mm处为45℃,5mm处为30℃,10mm处为室温；数值模拟结果与实际温度有较大差距,不能确切反映实际焊接温度。
3.经过检测,采用优化参数对实际工件焊接前后,波长信号有4nm差异,不影响传感器正常使用。