铜作为广泛应用的金属材料,拥有良好的导热、导电、延展和耐腐蚀等性能,但不足之处在于造价成本较高。而铝的导电导热性能接近铜且造价成本低,工业中通常用铝来代替部分铜以降低生产成本。通常来说,由于铜和铝两种材料在物理和化学性质上有着较大的差别,因而铜铝异种材料焊接难度很大。在薄、中、厚板方面铜铝焊接常采用的方式是连续激光焊、搅拌摩擦焊、钎焊,而本课题的研究方向是超薄铜铝复合结构在3C电子产品中的应用,常规焊接方式均不适用。经调研比对,纳秒光纤激光焊接方式适用于超薄难焊材料的焊接。纳秒脉冲光纤激光焊接是一种新兴的焊接方式。和其他常见焊接方式相比,其主要优势为:脉宽为纳秒级别、焊接热影响区非常小、焊件变形也非常小;焊点尺寸可以灵活调节并调至非常小;高重复频率激光束输出,可重复性好。这种焊接方式目前处于应用阶段,国内外对其进行细致的研究很少,特别是在超薄异种难焊材料领域。本课题的目的是研究纳秒脉冲光纤激光器焊接0.1 mm厚铜、铝异种材料的工艺窗口、焊缝成形机理、铜铝复合结构的电学和力学性能以及接头的断裂机理。本文首先分析八种脉冲宽度所对应的脉冲波形以及单脉冲能量,选择出最适于纳秒脉冲焊接的脉冲宽度为60ns,后使用不同的工艺参数对0.1 mm厚铜铝板进行线焊预实验以及圆斑焊焊接正式实验并获得成形良好接头的工艺窗口为:功率75-90 W,焊接速度30-40 mm/s,频率210 KHz,线间距0.03-0.06 mm。根据焊缝表面以及横截面形状来分析不同激光工艺参数对焊点成形的影响规律。150W脉冲激光器聚焦光斑直径为0.05mm,超薄铜铝板能被焊上的最小激光平均功率密度为3.6x10~6 W/cm~2,焊接机制与激光深熔焊焊接机制类似。纳秒激光与金属材料相互作用的规律来推导理论上超薄难焊异种材料焊缝成形过程,再用电子显微镜深入观察90W和120W时焊缝具体形貌并进行元素能谱分析得出纳秒脉冲激光作用下实际上超薄难焊异种材料焊缝成形过程及其成形机理。再通过高速摄像拍摄线间距分别为0.03mm、0.06mm时的焊接过程,得出功率适中增大线间距,能有效抑制热量累积效应。最后对试样进行剪切测试,可得接头最大剪切力为123.987N,平均剪切力为111.012N,可达铜母材最大剪切力的70%。接头在剪切力作用下,发生断裂的位置多集中于最开始几束激光与材料作用处,其断裂方式为塑性断裂。经半导体测量仪对铜-铜接头、铜-铝接头分别进行测试,可得铜-铝接头导电能力相对于铜-铜接头略有下降,但其导电能力仍处于导体和半导体之间,证明将0.1mm厚以铝部分代铜复合结构应用于3C电子产品内、外构件设想可行