压力传感器膜片焊接工艺优选及应用

 压力传感器由烧结管壳组件.压力敏感芯片.膜片.焊环等主要部分组成,通过膜片感受和传递压力到芯片,经过惠斯登电桥转换为电压信号输出。膜片焊接工艺作为压力传感器制造的重要过程备受关注,一旦焊接出现缺陷,产品的密封性和性能也会逐渐劣化,甚至会影响安全运行,因此,优选压力传感器膜片焊接工艺显得尤为必要,这也是提高压力传感器质量和性能的关键工艺。
目前,国内外许多传感器生产厂家均采用激光焊接工艺,激光焊接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[2]。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,具有输入能量密度高,工件热影响区小,易于实现自动化控制,没有工具损耗和调换等优点。激光焊接具有传统焊接无法比拟的优势,能有效减少缺陷,已成功应用于微.小型零件的精密焊接[3]。但也有很多传感器生产厂家仍采用氩弧焊接,此为多年累积的经验形成,氩弧焊接操作灵活度高,易于实现复杂产品的焊接,但焊接过程中热量较高,容易产生焊接缺陷,对操作人员有较高的技能要求。
本文通过对比激光焊接和氩弧焊接工艺实验,优选焊接工艺;通过对比压力传感器金属母材4J29 和316L焊接材料实验,优选焊接材料;通过不同焊接参数对比焊接效果,优选合适的焊接参数。最终可以达到优选压力传感器膜片焊接工艺的目的,从而提高膜片焊接质量,提升压力传感器合格率,满足用户越来越高的技术指标要求,开拓更广更多的应用领域。
1激光焊接工艺研究
1.1激光焊接原理
激光焊接是利用原子受辐射的原理,使工作物质受激而产生的一种单色性高.方向性强.亮度高的光束,经聚焦后把光束聚焦到焦点上可获得极高的能量密度,利用它与被焊工件相互作用,使金属发生蒸发.熔化.结晶.凝固而形成焊缝[2—5]。
1.2激光焊接优点
1)密度高.速度快。激光焊接工艺的深宽比最高能够达到10:1[5],焊接过程中,能量密度大,材料上会显现小孔,激光通过小孔往工件焊接方向传导,而横向传导较少,所以在激光焊接的过程中,速度较快,能量比较集中。
2)热输入量小。由于激光焊接功率密度高,焊接速度快,所以很小的热输入量即可实现良好的焊接。激光焊接热输入量小,故产品变形小,热影响区金相变化范围小,且因热传导所导致的变形最低。
3)焊缝力学性能好。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,通过光斑和移动速度的调节,焊接后焊缝力学性能好.强度高,焊缝窄且表面状态好,免去了焊后清理工作。
2氩弧焊接工艺研究
2.1氩弧焊接原理
氩弧焊接是使用非消耗电极(钨极),在稀有气体的保护下,利用电极与母材金属之间产生的电弧热熔化母材的焊接过程[6]。
2.2氩弧焊接优点
1)保护气为稀有气体,不与金属发生任何化学反应,也不熔于金属,使得焊接过程中的冶金反应简单易控制。
2)钨极电弧能自动清除工件表面氧化膜,可成功地焊接易氧化.氮化.化学活泼性强的金属。
3)焊接工艺性能好,明弧,能观察电弧及熔池。
4)钨极电弧稳定,即使在很小的焊接电流(小于10 A)下仍可稳定燃烧,常用来焊接薄工件[7]。
2.3氩弧焊接缺点
1)氩弧焊接速度较慢,热输入比激光焊接大很多,产品易产生变形。
2)钨极载流能力有限,过大的焊接电流会引起钨极熔化和蒸发,需要定期修理或更换钨极,生产效率低。
压力传感器市场需求越来越大,工业应用领域也越来越广[8]。本文对膜片焊接工艺的优选及应用进行了研究,充分体现了膜片焊接工艺的重要性,也证明了激光焊接工艺应用于压力传感器的可行性和有效性。本文通过压力传感器焊接工艺.焊接材料和焊接参数实验对比,达到了膜片焊接工艺优选的目的,提高了压力传感器膜片焊接质量和焊接能力,提升了压力传感器合格率,从而能满足用户更高的要求,有助于提高压力传感器的市场竞争力。