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中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1008-925X(2012)O7-0134-01
摘 要：激光焊接作为一种非接触焊接工艺,仅在焊点处施加垂直压力,从而能够将产品受到的机械应力降至最低,以保证焊接质量.文章对影响焊接工艺质量的基本环节,如锡焊分类、特点、焊接要素进行了分析,从中提出控制质量的措施和办法.这是实际工作经验总结,对提高军工生产质量很有参考价值.
关 键 词：激光焊接；工艺；质量控制
1.概述
激光焊接是采用激光能源,将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材、型材、夹芯板等,以满足零部件对材料性能的不同要求,用最轻的重量、最优结构和最佳性能实现装备轻量化.激光焊接作为一种非接触焊接工艺,仅在焊点处施加垂直压力,从而能够将产品受到的机械应力降至最低,以保证焊接质量.激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,如果焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,所以这一效应可用于焊接工艺.激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,几乎没有连接间隙,焊接深度/宽度比高,因此焊接质量比传统焊接方法高.但是,如何保证激光焊接的质量,也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容,包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器,通过电子计算机处理,针对不同焊接对象和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目,通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现自动化激光焊接.因此,激光焊接是一门技术性非常强的先进制造工艺.
2.焊接工艺的基本环节
2.1锡焊分类及特点
2.1.1熔焊
熔焊是指在焊接过程中,将焊件接头加热至熔化状态,在不外加压力的情况下完成焊接的方法.如电弧焊、气焊等.
2.1.2接触焊
在焊接过程中,必须对焊件施加压力(加热或不加热)完成焊接的方法.如超声波焊、脉冲焊、摩擦焊等.
2.1.3钎焊
钎焊采用比被焊件熔点低的金属材料作焊料,将焊件和焊料加热到高于焊料的熔点而低于被焊物的熔点的温度,利用液态焊料润湿被焊物,并与被焊物相互扩散,实现连接.电子产品安装工艺中所谓的“焊接”就是软钎焊的一种,主要使用锡、铅等低熔点合金材料作焊料,因此俗称“锡焊”.
2.2焊接的机理
所谓焊接是将焊料、被焊金属同时加热到最佳温度,依靠熔融焊料填满被焊金属间隙并与之形成金属合金结合的一种过程.从微观的角度分析,焊接包括两个过程：一个是润湿过程,另一个是扩散过程.
2.2.1润湿(横向流动)
又称浸润,是指熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层.浸润程度主要决定于焊件表面的清洁程度及焊料的表面张力.金属表面看起来是比较光滑的,但在显微镜下面看,有无数的凸凹不平、晶界和伤痕,熔化的焊料就是沿着这些表面上的凸凹和伤痕靠毛细作用润湿扩散开去的,因此焊接时应使焊锡流淌.流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜,焊锡紧跟其后,所以说润湿基本上是熔化的焊料沿着物体表面横向流动.润湿的好坏用润湿角表示.
2.2.2扩散(纵向流动)
伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩散的现象.例如,用锡铅焊料焊接铜件,焊接过程中既有表面扩散,又有晶界扩散和晶内扩散.锡铅焊料中的铅只参与表面扩散,而锡和铜原子相互扩散,这是不同金属性质决定的选择扩散.
3.激光焊接过程监测与质量控制
激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容,利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器,通过人工智能和计算机处理方法,针对不同的激光焊接过程和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等,并通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现高质量的自动化激光焊接过程.
3.1激光焊接过程监测
利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法.根据检测信号的不同,激光焊接质量检测主要包括以下几种方式：
3.1.1光信号检测.检测对象为激光焊接过程中的等离子体（包括工件上方和小孔内部）光辐射和熔池光辐射等.从检测装置的安装来看,主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测.使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD和高速摄像机以及光谱分析仪等.
3.1.2声音信号检测.检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射.
3.1.3等离子体电荷信号.检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷.利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一.国内外研究工作表明,利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化,不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷,而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量,例如,气孔倾向的严重程度.
3.2激光焊接过程控制
激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制.在激光焊接时,光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一.在一定激光功率和焊接速度下,只有焦点处于最佳焦点位置范围时,才可获得最大熔深和良好的焊缝成形.偏离这个范围,熔深则下降,甚至破坏稳定的深熔焊过程,变为模式不稳定焊接或热导焊.但实际激光焊接时,存在多种因素影响焦点位置的稳定性,包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴－工件距离变化,激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化,以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等.如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围,一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题.