光纤耦合器激光点焊研究及其热变形的数值模拟

• 作 者: 张霞
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 激光焊接 光纤耦合器 数值模拟 温度场 残余应力场 准直变形

光纤耦合器是光纤通信中的关键器件,它是实现光信号分路/合路的功能器件,属于光无源器件,广泛应用在光传输系统、有线电视、局域网中。随着近几年光纤通信的迅速发展,对光纤耦合器的需求量日益增加。因为激光焊接具有精确性、清洁和可靠性等固有属性,激光焊接正成为连接光纤器件的最佳选择。但是在光纤耦合器激光点焊焊接过程中,由于焊接部位的快速凝固和相关材料的收缩可能引起预对准器件之间的相对位移,这样的焊接引发的准直变形可能显著地降低连接效率。本论文首先分析了光纤耦合器激光点焊的焊点的形貌、焊缝的硬度以及显微组织,分析了焊接工艺参数对焊缝质量的影响。得出结论:随着能量的增加,焊缝的熔深以及焊接结合处的直径均增加;随着脉宽的增加,焊点的熔深、焊点结合处的直径以及焊点的凹陷都增加。本论文还利用ANSYS平台对不同焊接次序下的光纤耦合器激光点焊焊点的温度场和应力场的分布进行了模拟,分析了不同时刻的温度场分布,应力场的分布以及最终的变形情况。并对光纤耦合器中激光焊接顺序对焊接引发的准直变形的影响进行了评定。对距焊缝中心不同位置点的热循环曲线进行了分析,并对不同焊接次序下热循环曲线做了比较,曲线变化与理论分析基本一致。在应力场分析中,焊接完成冷却到室温后,由于焊缝收缩而导致残余应力几乎达到材料的屈服极限;焊后由于焊缝温度分布不均而产生变形,变形情况与实际情况基本一致。通过对不同焊接次序下的准直变形做的对比分析,得出结论:焊接次序的选择对焊接后的准直变形影响很大。