123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

02_2-16 Spojování v mikrotechnice

V oblasti blízké infračervené (NIR) jsou s vysokovýkonnými diodovými lasery k dispozici kompaktní a spolehlivé zdroje laserových paprsků s požadovaným výkonem a kvalitou paprsku a umožňují přímé použití v mikrospojovací technice. Použití masek pro omezení ozářených ploch nebo též pro tvarování paprsku přináší při různých procesech další přednosti a otevírá nová použití, zejména při precizním zpracovávání citlivých konstrukčních dílů. Prostorová přesnost, se kterou může být laserová energie přivedena do dílu, není již definovaná nepříliš dobrou geometrií paprsku, ale pomocí masky. To dovoluje zpracovávat struktury, které jsou výrazně menší než dosažitelné velikosti bodu laserového paprsku. Maskou podporované laserové svařování s vysokovýkonovým diodovým laserem nabízí tím zcela novou spojovací techniku pro mikrostrukturované díly z umělých hmot. Tak se dají díly - jak se vyskytují v silně rostoucí oblasti mikrofluidiky - rychle a precizně svařovat. Použití masek v při laserovém pájení nabízí především přednosti při pájení na substráty z umělých hmot. Kromě toho se přesným prostorovým přizpůsobením výkonu dosáhne optimalizace procesu. Ve srovnání s jinými zdroji tepla se dosáhne zvýšená přesnost a flexibilita.

V mikrosystémové technice se elektronické, mechanické a optické mikrokonstrukční díly sjednocují do celkového systému s komplexní funkcionalitou. S ohledem na nejmenší průměry fokusu byly pro nové mikrozpracovatelské centrum zvoleny diodami pumpované lasery z pevných tělísek. Nd:YAG-laser nabízí možnost emitovat jak základní vlnové délky, tak i frekvenčně zdvojnásobené a ztrojnásobené laserové záření. V technice mikrodílů a v technice jemných dílů se podle geometrie dílů a velikosti taktu užívají pulzní výkony od 1 do 5 kW a pulzní doby od 1 do 5 ms při vlnové délce 1064 m. Parametrové okno pro frekvenčně zečtyřnásobené Nd:YAG-laserové paprsky se v současné době ještě zkoumá.

Vývojem nového Quasi-cw-mikrosvařovacího způsobu je možno přenést přednosti z makrotechniky známého cw-svařování na produkty mikro a jemné výroby. Nové možnosti se jeví i při mikrosvařování rozdílných materiálů. V rámci hybridního konstrukčního systému se dají využít vlastnosti různých materiálů při současném zvýšení integrační hustoty, čímž se zlepší fukcionalita např. senzorů, elektrických konstrukčních prvků a mikroskopických systémů.

Pro průmyslově užívané mikrosvařovací systémy byla vyvinuta technologická řešení, která umožňují jak zvýšení možnosti spojů, tak i kontrolu požadované kvality svarových spojů. Kromě specifikace novodobého multisenzorového diagnostického systému tvořily základní výzkumy na jednopulsních přeplátovaných svarových spojích fundament úspěšného logického spojení velikostí procesních vstupů s velikostmi procesních výstupů. Pomocí současného nasazení více senzorů a za pomoci signály zpracujících systémů na bázi trénovaných neuronálních sítí a Fuzzy-technologie se daly vytvářet robustní nástroje pro automatické dohlížení a pro kontrolu procesů. Byly ukázány možnosti on-line řízení mikrosvařovacího procesu, čímž je dosažitelná minimalizace kvóty chyb.

Ve spojení s měřením výkonu v reálném času mohly být v jiném projektu reprodukovatelné impulzy laserového paprsku formovány pro svařování. Optimalizovaný průběh náběhu impulzu umožnil zvýšení hloubky závaru při bodovém děrovém svařování, zatímco vliv při teplovodicím svařování nebyl poznatelný. Doběh poklesu impulzu silně ovlivňuje chyby svarového spoje. Tak např. může být předimpulz použit pro očištění povrchu. Plynové vměstky se dají při svařování hliníku snížit pomocí schodového poklesu výkonu laseru na konci pulzu. Vysokoreflektující materiály se mohou dobře svařovat, jestliže na začátku impulzu startuje výkonová špička svařovací proces a ve fázi tekutosti se výkon redukuje, aby se zabránilo přehřátí tavné lázně.

Nutnost zpracování nejrůznějších materiálů v produkci elektroniky a jemné mechaniky vyžaduje pro dosažení vysoké kvality velmi dobrou stabilitu procesu a vysokou reprodukovatelnost. Je to možné dosáhnout jednak použitím různých strategií pro řízení procesu a jednak také prohloubenými znalostmi procesu a exaktním dodržováním výrobních parametrů. To má při laserovém mikrosvařování mimořádnou důležitost, protože oprava takových spojů při nedodržení optimálních parametrů není dobře možná. Plyny při tom mají velký vliv na spojovací proces a na kvalitu výroby: Procesní plyny ovlivňují vytváření procesních oken a jsou pro kvalitu spoje signifikantní. Zatímco inertní plyny jako argon a hélium působí na proces stabilizačně a umožňují velmi dobrou kvalitu, vedou aktivní plyny jako kyslík k velmi dynamickému průběhu procesu a současně ke zřetelné redukci potřebné energie impulzu. Je třeba upřednostnit stacionární atmosféru, protože jak směr přívodu plynu, tak i sám tlak plynu ovlivňuji chladicí účinek, čímž dochází ke zvýšení požadované energie impulzu. Tokem plynu způsobené chlazení může být dílem tak velké, že se vyvolá řízené tuhnutí v dendritické struktuře, a tím vznikne místní ztvrdnutí zóny spoje. Vytváření spojových míst může být rovněž negativně ovlivněno, protože může částečně dojít k vyfukování taveniny ze spojové zóny. Proto byla vyvinuta nová koncepce plynového prostředí, která sjednocuje přednosti různých dosavadních koncepcí. V zóně zpracování se vytvoří stacionární ochranná atmosféra, která je pomocí rotujícího plynového pláště oddělena od okolní atmosféry. Za těchto podmínek docílitelná kvalita spojů je velmi vysoká a kvalitativně zřetelně překonává mikrosvary zhotovené při jiných koncepcích. Současně dochází k optimalizaci procesového okna ve vztahu k nutné energii pulzu.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz