激光焊接的优点之一是焊接速度快,薄板的焊接速度可达 10m/min 以上,在 高速连续的焊接过程中,如果出现焊接缺陷,将在极短的时间内造成大量的废品。实现在线的激光焊接质量监测 是保证质量的十分重要的环节,华中科技大学设计的信号处理及反馈控制系统通过将声、光传感器所采取的信号 放大、滤波、双限比较后进行 转换,再将数字信号由微机进行处理等,对激光输出功率、焊接速度、离焦量等工艺参数进行控制实现最佳工艺数。 解决熔透问题,基本前提是对激光焊接过程进行实时检测和控制,提取激光焊接的特征信号。近十年来,国 内外的研究机构主要针对焊接过程中光致等离子体产生的声、光、电、热等信息进行提取,并分析处理,寻找特 征信号。在填丝激光焊接时,激光填丝焊对接间隙宽度是主要的参数,为了保证缝全长都取得良好均匀的成形, 实现高质量的激光填丝激光焊,开发了高精度 对缝间隙检测传感器以从高质量送丝控制系统。 对于激光深熔焊而言,利用光学传感器检测焊接过程中的等离子体和反射激光的信号特征是一种简单而有效 的实时检测焊接过程的方法。目前,利用光电管检测焊接过程中的等离子体或反射光的方法主要从工件侧面或与 激光同轴两个方向进行。至于光学传感器的选择,有三种不同波段的传感器可用于激光焊接过程检测。如紫外波 段的传感器用于 CO2 激光焊接时的等离子体检测,可见光波段的传感器用于 CO2 和Nd:YAG 激光焊接过程等离子 体或金属蒸汽羽焰的检测,红外波段用于Nd:YAG 激光焊接的检测。到目前为北,检测到的光学信号与激光焊接 参数,如焦点位置的关系已有很好的研究成果并被应用;另外利用光学传感器对激光焊接过程中产生的缺陷,如 烧穿、孔洞或驼峰状表面缺陷的检测也有相关报道。 影响材料对激光束吸收的主要因素 1、温度 室温时金属材料两激光的吸收率一般在 20以下;当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到 40~50%;当接近沸点时吸收率可高达90%。 材料的直流电阻率 材料对激光的吸收率与材料的直流电阻率的平方根成正比、与激光彼长的平方根成反比关系。 2、激光束的入射角 入射角越大,吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时,金属对激光的吸收率最大。但通常为了保护 激光出射镜头,需要维持一定的入射角。 为了低反射率,可在金属表面涂上薄薄一层全属粉,但两者必须是能够形成合金的。如饭、金、银可覆盖薄锐层,此时在同样熔深的情况下,焊接所需的能量大约为原来铜、金、银所需的四分一。 品质优良的YAG 激光焊接装置,其聚焦性(光斑大小)是通过装置本身的光路同轴精度、输出光纤和出 射头的成像比等来保证。以激光出射焦点正好落在工作上面时的位置为零。离焦量是指焦点离开这个零点的距离 量。焦点位置超过零点位置时叫负离焦(焦点深入到工件内部),其距离值为负离焦量。反之,焦点不到零点的 距离数值为正离焦量。要获得较大的熔深,可将焦点位置选择在工件内部某一位置上,即采用负离焦量进行焊 4、焊接的穿入深度脉冲激光焊接时,主要是以传热熔化方式进行的。激光束本身对金属的直接穿入深度是有限的,其主要 取决于材料的导温系数(导温系数大的则穿入深度大),而不是激光器的功率大小。 激光拼焊技术的优势和应用 目前,激光拼焊板主要应用于汽车制造业,与传统工艺方法相比,采用激光拼焊板工艺不仅能够降低整车的制造 成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率,而且可以减少外围加强件数量,简化装配步骤,同时使 车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高。此外,由于避免使用密封胶,也使其更具有环保性。 激光焊接最重要的优势在于能够将非常高的能量聚焦于一点,激光束打在两个要焊接部分的边缘,输入 能量把金属加热并将其融化。在激光束作用以后,溶化的材料将迅速冷却。在这个过程中,有一小部分的数量将 进入被焊接的零件中。在焊接减少热变形的同时,也减少了输入的热能量。减少因热量影响的变形,并增加对准 确性的纠正,可以节省大量金钱和时间。 德国蒂森克虏伯激光拼焊板有限公司从 1985 年开始生产拼焊板,激光拼焊技术的出现使得汽车生产制 造从整车制造商向材料供应商转移。蒂森克虏伯在土耳其布尔萨新的激光拼焊板厂于上周正式投产。新厂的年产 能可达1.8 万吨。 美国钢铁协会的数据显示,采用激光拼焊技术之后,每辆汽车可节省18 美元。 激光焊接方式的分类 激光焊接工艺方法不同可进行如下分类: 包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。对焊要求对缝质量较高,一般采用自 动化焊接或手动焊接。