激光焊接工藝的質(zhì)量控制

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1、激光焊接工藝的質(zhì)量控制摘要：激光是輻射的受激發(fā)射光放大的簡(jiǎn)稱，由于其獨(dú)有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，自誕生以來，其在工業(yè)加工中的應(yīng)用十分廣泛，成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強(qiáng)度的激光束，激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點(diǎn)的功率密度為104~1072，加工工件置于激光焦點(diǎn)附近進(jìn)行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強(qiáng)弱程度主要取決于激光作用材料表面的時(shí)間、功率密度和峰值功率?？刂粕鲜龈鲄?shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工。這種焊接工藝在未來工業(yè)事業(yè)中將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用與研究。關(guān)鍵詞：激光焊接工藝質(zhì)量0引言激光焊接與傳統(tǒng)

2、的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴，一次性投資大，技術(shù)要求高的問題，使得激光焊接在我國(guó)的工業(yè)應(yīng)用還相當(dāng)有限，但激光焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領(lǐng)域中的許多成功應(yīng)用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接不同于傳統(tǒng)焊接方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，也為許多大功率激光器制造商和激光焊接設(shè)備制造商提供了更為誘人的經(jīng)濟(jì)效益前景。1激光焊接的一般特點(diǎn)激光焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝，它與電子束等離子束和一般機(jī)械加工相比較，具有許多優(yōu)點(diǎn)：①激光束的激光焦點(diǎn)光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料；②激光焊接

3、是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào)，移動(dòng)速度可調(diào)，可以多種焊接加工；③激光焊接自動(dòng)化程度高，可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接；④激光焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；⑤激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件；⑥激光束易于導(dǎo)向、聚焦，實(shí)現(xiàn)各方向變換；⑦激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng)，操作方便；⑧激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。2激光焊接工藝與方法2.1雙/多光束焊接雙/多光束焊接的提出最初是為了獲得更大的熔深

4、和更穩(wěn)定的焊接過程和更好的焊縫成形質(zhì)量，其基本方法是同時(shí)將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的激光器輸出的光束聚焦在同一位置，以提高總的激光能量。后來，隨著激光焊接技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，為減小在厚板焊接，特別是鋁合金焊接時(shí)容易出現(xiàn)氣孔傾向，采用以前后排列或平行排列的兩束激光實(shí)施焊接，這樣可以適當(dāng)提高焊接小孔的穩(wěn)定性，減少焊接缺陷的產(chǎn)生幾率。2.2激光－電弧復(fù)合焊激光－電弧復(fù)合焊是近年激光焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。該方法的提出是由于隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)激光焊接的要求，激光焊接本身存在的間隙適應(yīng)性差，即極小的激光聚焦光斑對(duì)焊前工件的加工裝配要求過高，此外，激光焊接作為一種以自熔性焊接為主的焊

5、接方法，一般不采用填充金屬，因此在焊接一些高性能材料時(shí)對(duì)焊縫的成分和組織控制困難。而激光－電弧復(fù)合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小變形的優(yōu)點(diǎn)，又具有間隙敏感性低、焊接適應(yīng)性好的特點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)高效焊接方法。其特點(diǎn)在于：可降低工件裝配要求，間隙適應(yīng)性好。有利于減小氣孔傾向?？梢詫?shí)現(xiàn)在較低激光功率下獲得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。電弧對(duì)等離子體有稀釋作用，可減小對(duì)激光的屏蔽效應(yīng)，同時(shí)激光對(duì)電弧有引導(dǎo)和聚焦作用，使焊接過程穩(wěn)定性提高。利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能，對(duì)焊接特種材料或異種材料有重要意義。激光與電弧復(fù)合焊的方法包括兩種，即旁軸復(fù)合焊和

6、同軸復(fù)合焊。旁軸激光-電弧復(fù)合焊方法實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但最大缺點(diǎn)是熱源為非對(duì)稱性，焊接質(zhì)量受焊接方向影響很大，難以用于曲線或三維焊接。而激光和電弧同軸的焊接方法則可以形成一種同軸對(duì)稱的復(fù)合熱源，大大提高焊接過程穩(wěn)定性，并可方便地實(shí)現(xiàn)二維和三維焊接。3激光焊接過程監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制激光焊接過程監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制一直是激光焊接領(lǐng)域研究和發(fā)展的一個(gè)重要內(nèi)容，利用電感、電容、聲波、光電、視覺等各種傳感器，通過人工智能和計(jì)算機(jī)處理方法，針對(duì)不同的激光焊接過程和要求，實(shí)現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測(cè)、焊縫成形質(zhì)量監(jiān)測(cè)等，并通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的自動(dòng)化激光焊接過程。

7、3.1激光焊接過程監(jiān)測(cè)利用各種傳感器對(duì)激光焊接過程中產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行檢測(cè)是常用和有效的方法。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的不同，激光焊接質(zhì)量檢測(cè)主要包括以下幾種方式：3.1.1光信號(hào)檢測(cè)。檢測(cè)對(duì)象為激光焊接過程中的等離子體（包括工件上方和小孔內(nèi)部）光輻射和熔池光輻射等。從檢測(cè)裝置的安裝來看，主要包括與激光束同軸的直視檢測(cè)、側(cè)面檢測(cè)和背面檢測(cè)。使用的傳感器主要有光電二極管、光電池、CCD和高速攝像機(jī)，以及光譜分析儀等。3.1.2聲音信號(hào)檢測(cè)。檢測(cè)對(duì)象主要為焊接過程中等離子體的聲振蕩和聲發(fā)射。3.1.3等離子體電荷信號(hào)。檢測(cè)對(duì)象為焊接噴嘴和工件表面等離子體的電荷。利用光電傳感

8、器檢測(cè)激光焊接過程中等離子體光輻射強(qiáng)度的變化是激光焊