1.激光釬焊質(zhì)量的影響因素
要實現(xiàn)“用激光來進行焊接”的加工過程，需要有許許多多的參數(shù)一起發(fā)揮作用。與其它加工方法相比，激光釬焊中的每個有影響參數(shù)的公差范圍都非常小。要求如此苛刻，不僅是由激光釬焊本身的加工要求，如需要熱影響區(qū)小和釬焊速度快等決定的，還因為所要進行的是一種復雜的三維焊縫加工以及有著較高的表面質(zhì)量要求。
其中有激光設(shè)備特有的參數(shù)：激光功率、聚焦位置、焦點大小、加工速度；釬焊絲特有的參數(shù)：釬焊絲進給速度、釬焊絲預熱電流、沖角大小、焊絲預應(yīng)力；幾何參數(shù)：焊接板材間隙、要求的焊縫截面、表面質(zhì)量；其它影響：焊接板材材料，保護氣，機器人的引導精度。
聚焦在工件上的激光能量只有很小的一部分被焊接板材材料所吸收，大部分被反射掉了。激光波長與不同板材材料的吸收率之間的關(guān)系。固體激光器產(chǎn)生的激光波的吸收率對于鋼鐵材料大約為35%，對于銅材料為4%。這就解釋了為什么必須對鋼鐵材料要用電流進行預熱。隨著溫度的升高，吸收率也隨之上升。
2. 沖角
在焊絲與部件的過渡處形成了一個由電流回路通過的電阻，加熱焊絲的熱量就是由這個電阻產(chǎn)生的。在焊絲被激光燒熔前必須要與部件相接觸，所以焊絲在運動到激光焦點前就已經(jīng)碰上加工件了。在這個位置上激光的能量還不足以把焊絲熔化掉，然后焊絲被順著釬焊縫輸送到焦點處，在那里被熔化掉。由此可以保證焊絲與焦點中心一直保持接觸。為了讓焊絲被壓彎，必須要讓所有的焊縫位置保持一個大的沖角，大于40°的沖角已被證實是可靠的。
3. 釬焊絲預熱電流
如果在激光釬焊加工過程中出現(xiàn)飛濺物的現(xiàn)象，那就說明加熱電流已經(jīng)到了最高上限，焊絲熔化得太早。如果焊縫的質(zhì)量比較差，那就說明加熱電流在下限范圍里，也就是說焊縫表面越來越粗糙。原則上應(yīng)該在加工過程中盡可能使用大電流。
4. 聚焦焦點
激光能量必須通過聚焦集中到加工點上，由此一部分激光能量被釬焊絲吸收了，一部分被加工件吸收了。實踐經(jīng)驗表明，焦點中大約50%的能量被用于加熱周邊區(qū)域。此外，還要考慮最大的加工間隙尺寸，當焦點的直徑太小時，焊縫呈微紅色，表面十分不均勻，有強烈的飛濺傾向，并且在加工件背面看不到焊縫的起頭痕跡。太多的激光能量被集中在了焊絲上，因此使焊料變得過熱。而同時加工件的側(cè)邊卻沒有得到足夠的加熱，這樣焊料就不容易流到加工件的縫隙中去。
5. 焊接速度
除以上因素以外，激光釬焊加工過程還受到焊接鏡組的移動速度以及焊絲進給速度的影響。所以必須的焊料量由所要求的焊縫面積與待加工件的焊縫長度來決定，焊料單位時間的供給量由焊絲的進給速度與焊絲的截面積來確定。這些參數(shù)值必須與焊接鏡組的移動速度協(xié)調(diào)一致，這樣才能保證必要的焊料量。在實際使用中，例如POLO車頂釬焊，相對焊接鏡組的移動速度來說，焊絲進給速度取得高一點更符合我們的要求。因為這樣就會產(chǎn)生少量的焊料過剩，減小了由于焊絲速度不均勻而造成毛孔的危險，而且也保證了必須要達到的焊縫截面積。
由于激光釬焊的激光能量是受限制的，所以焊接鏡組的移動速度也同樣受限制。在速度較高的情況下，相對理論軌跡的機器人運行偏差也會因此而變大；運行的速度越快，加工過程對外界干擾的敏感度也就越大。
6. 其他
由于與焊絲的直徑和接縫的寬度相比，釬焊焦點相對較小，所以設(shè)備中每一個元件的精度都關(guān)系重大。具體來說，其中包括夾緊機構(gòu)的重復精度、機器人的引導精度、機器人上部件安裝點的精度以及各部件的公差大小，這些都應(yīng)該在考慮的范疇之內(nèi)。
激光釬焊缺陷類型及形成原因
由于激光釬焊加工過程的復雜性以及眾多的影響因素，當出現(xiàn)加工質(zhì)量下降現(xiàn)象時，大多數(shù)情況下無法用一個原因來解釋，但加工軌跡的開始和結(jié)尾段通常被認為是最為關(guān)鍵的部分。為了在使用激光釬焊時滿足質(zhì)量方面的要求，必須對加工過程進行調(diào)整的每個環(huán)節(jié)都十分仔細地進行操作。
1. 按焊接缺陷區(qū)域大小分類
在實際生產(chǎn)中，缺陷影響區(qū)域大小可以分成不同種類：
（1）持續(xù)性缺陷：它存在于整個激光釬焊加工過程中。對此，并不是說整段的焊縫都有缺陷，而是缺陷以不為人知的規(guī)律重復出現(xiàn)在焊縫中。
（2）局部缺陷：局部缺陷重復出現(xiàn)在同一個焊縫位置，它的影響范圍有限。
（3）易發(fā)生問題的區(qū)域：焊縫的某些區(qū)域，如焊縫開頭和焊縫結(jié)尾同樣還有板材上的斜面區(qū)域，都是特別容易出現(xiàn)問題的區(qū)域。
2. 按缺陷表面特征分類
（1）微小氣孔：當氣孔的直徑小于0.2mm時，就是微小氣孔。
（2）氣孔：正常氣孔（比微小氣孔大）的直徑最大不超過1.0mm。
（3）空洞/焊縫中斷：如果氣孔的直徑大于1.0mm，就被稱為空洞。
（4）熔焊型焊縫：在焊縫中沒有焊料，焊縫的樣子就像是激光熔焊焊縫。
（5）低劣的焊料連接：釬焊絲未在加工件的側(cè)面連接起來。在焊縫連接的位置處，焊縫看起來“散成
一縷縷地”。
（6）焊料的單面連接：焊料只與一個側(cè)面連接了起來。
（7）香腸現(xiàn)象：加工件沒有連接起來，在焊縫處焊料筆直地伸展堆積。
（8）焊縫不規(guī)則：焊縫塌陷或凸起。
（9）鱗狀堆積：焊縫表面不光滑，顯得很粗糙。
（10）焊縫開頭/焊縫結(jié)尾：在加工件的邊緣會出現(xiàn)焊縫填充不足或過剩的現(xiàn)象，或者是在軌跡上發(fā)現(xiàn)
有未熔化的焊絲殘余。
3. 質(zhì)量缺陷造成的原因
（1）錯誤的工作距離：TCP（工具坐標點）錯了或是程序編制有錯誤。
（2）焦點側(cè)面的位置錯了：或者是TCP垂直于光束軸方向的位置錯了，或者是程序編制有錯誤。
（3）釬焊絲校準：焊絲沒有穿過焦點中心。
（4）釬焊絲溫度：焊絲預熱溫度錯誤。
（5）釬焊絲的材料：釬焊絲材料的合金成分改變了。
（6）激光功率：弄臟了的保護玻璃或激光器中老化的弧光燈都會降低激光的功率。
（7）漏氣：保護氣體流量減少或管路內(nèi)漏氣。
（8）間隙尺寸：部件之間的間隙尺寸在變化。
（9）釬焊絲進給速度：焊絲進給的速度不恒定或者是與焊接鏡組的移動速度不相符。
（10）機器人的速度：由程序所給定的進給速度是錯誤的或者是機器人速度出現(xiàn)波動。
（11）時間的控制：可能是計算時間的問題，激光器和焊絲進給機構(gòu)的開關(guān)點可能與加工過程不相
符。
激光釬焊技術(shù)已在上海大眾汽車有限公司使用了8個年頭，我們希望通過本文對激光釬焊的質(zhì)量缺陷情況進行一個匯總，為今后不斷提高質(zhì)量，改善工藝水平打好扎實的基礎(chǔ)，也希望對其他正在使用或?qū)⒁褂眉す忖F焊技術(shù)的同行提供一個參考的依據(jù)。
|
