激光焊接技術(shù)的進步主要歸功于高功率光纖激光器的適用性和經(jīng)濟性，這使得激光焊接在許多制造環(huán)境中越來越普遍。激光焊接具有熱影響小、速度快、精度高和可重復(fù)性好等優(yōu)點，因此非常吸引人。

盡管激光焊接越來越普遍，但它并非沒有挑戰(zhàn)，也不能避免焊接缺陷。與任何形式的工業(yè)焊接（如電弧焊、電阻焊和電子束焊）一樣，激光焊接也很容易出現(xiàn)工藝不一致而導(dǎo)致焊接不良。

因此，出現(xiàn)各種激光焊接質(zhì)量保證（QA）技術(shù)和工藝來檢測甚至防止激光焊接缺陷也就不足為奇了。

在本文中，我們將概述激光焊接質(zhì)量保證的傳統(tǒng)方法、電流監(jiān)控和直接測量技術(shù)。

定義 "不良 "激光焊接

簡單地說，不良或有缺陷的激光焊接會影響最終產(chǎn)品的形狀、功能或安全性。第一種情況在激光焊接中并不常見，至少在工藝參數(shù)調(diào)整好之后。但是，制造商必須謹慎操作，尤其是在微焊接應(yīng)用中，以確保激光焊接缺陷不會影響電氣效率、降低長期強度或?qū)γ舾性�件造成損壞。

在最好的情況下，焊接缺陷會在生產(chǎn)流程完成之前破壞生產(chǎn)流程，迫使制造商返工或報廢有價值的產(chǎn)品--這些措施既耗費時間又耗費金錢。最嚴重的情況是，焊接缺陷導(dǎo)致產(chǎn)品故障和召回。

由于激光焊接缺陷的形式多種多樣，因此識別和了解這些缺陷非常重要。

穿透力不足：激光束穿透目標材料的深度不夠。穿透力不足會導(dǎo)致最終產(chǎn)品出現(xiàn)強度和導(dǎo)電性問題。

過度穿透：當激光束穿透目標材料過深時造成的。過度穿透也稱為燒穿，在電池焊接等應(yīng)用中會損壞敏感元件。

飛濺：由熔融焊池的不穩(wěn)定性引起，飛濺的熔融金屬經(jīng)常落在焊縫周圍的表面并與之熔合。飛濺可導(dǎo)致電池等部件短路，可能導(dǎo)致熱失控和災(zāi)難性故障。

氣孔：多孔激光焊縫是指在冷卻的焊縫中夾雜氣泡或氣穴的焊縫。氣孔可能會降低焊接強度，可由焊接熔池的過度攪拌和快速冷卻造成。

裂紋：由于快速冷卻和其他冶金應(yīng)力，激光焊接可能導(dǎo)致可見或不可見的裂紋。肉眼不一定能看到裂紋。

未熔合：也稱為未完全熔合，當焊接金屬與母材金屬未完全熔合時，就會出現(xiàn)未熔合，對齊不良或表面污染都可能導(dǎo)致未熔合。

焊接缺陷在很大程度上可以通過優(yōu)化激光參數(shù)和激光技術(shù)來避免。例如，雙光束激光器使用核心光束和環(huán)形光束來穩(wěn)定焊接熔池，從根本上消除飛濺和氣孔。

但是，焊接缺陷仍然可能是由一些問題造成的，如裝配不良、目標材料或光學(xué)器件污染以及激光組件退化。

傳統(tǒng)激光焊接質(zhì)量保證

傳統(tǒng)的激光焊接質(zhì)量保證可分為兩種基本類型：破壞性和非破壞性。

破壞性測試依靠破壞焊接部件來目測和測量焊接質(zhì)量。例如，在拉伸測試中，為了測量焊縫的強度，需要將部件拉開直至斷裂。酸蝕刻是一種破壞性技術(shù)，雖然在物理上不那么引人注目，但卻能更好地了解焊縫的熔透、熔合或氣孔情況。

破壞性測試通常耗時、昂貴，或兩者兼而有之。此外，破壞性測試雖然在測量焊縫質(zhì)量方面非常有效，但顧名思義，不可能適用于每個零件或組件。這意味著其結(jié)果必須對整批產(chǎn)品做出結(jié)論，從而導(dǎo)致不可避免的風(fēng)險和不確定性。

相比之下，非破壞性激光焊縫質(zhì)量保證包括超聲波或射線照相檢測等不會損壞焊縫或零件的后處理方法。超聲波檢測使用機械振動，除非檢測到異常，否則通過焊縫時不會有明顯的信號損失，信號損失越大通常表明缺陷越嚴重。射線檢測使用輻射穿透焊縫并生成內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，然后必須對圖像進行分析。

從技術(shù)上講，這些傳統(tǒng)的非破壞性方法可以應(yīng)用于每一個焊縫。然而，這幾乎是不可行的，因為成本太高，耗時太長。與破壞性測試一樣，非破壞性測試必須用于推斷整批零件的質(zhì)量。

什么是激光焊接監(jiān)測？

激光焊接監(jiān)測是一個總括性術(shù)語，指在焊接過程中（即 "過程中 "或 "實時"）用于檢查或收集焊接信息的各種方法。

激光焊縫監(jiān)測之所以吸引人，是因為它能夠提供每個焊縫的數(shù)據(jù)，而不會減慢工藝流程，同時也不需要成本高昂且耗時的傳統(tǒng)質(zhì)量保證步驟。過程中技術(shù)可以大大降低不確定性，而且成本效益出奇地高。

激光焊接監(jiān)測類型

激光焊接監(jiān)測方法多種多樣，各有利弊。

聲發(fā)射監(jiān)測：通過將焊接過程中產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換為電信號來評估激光焊接質(zhì)量的方法。聲發(fā)射監(jiān)測通常使用焊接件表面的傳感器，但也可使用非接觸式傳感器。聲學(xué)數(shù)據(jù)分析可與關(guān)鍵焊接質(zhì)量指標（如熔透和裂紋）相關(guān)聯(lián)。

雖然聲發(fā)射監(jiān)測具有一定的通用性且易于集成，但它容易受到環(huán)境噪聲的影響，而且對實際焊接特征和幾何形狀的了解有限。

過程中射線照相術(shù)：過程中射線照相術(shù)相當于傳統(tǒng)的焊縫射線照相術(shù)，可以幫助觀察焊縫熔池和最終焊縫的情況。

過程中射線照相主要用于研究目的，因為這種方法成本高昂，而且難以在生產(chǎn)制造環(huán)境中使用。

圖像處理：使用可見光或熱像儀和機器視覺，可以實時生成激光焊接過程的圖像。這可以生成詳細的焊縫圖像，但可能需要多個攝像頭才能捕捉到足夠的細節(jié)。即便如此，圖像處理也無法提供內(nèi)部焊接幾何形狀的詳細視圖。

光學(xué)傳感：光學(xué)傳感方法通常依靠光譜儀、高溫計或光電二極管捕捉光線并將其轉(zhuǎn)換為激光焊接過程的數(shù)據(jù)。雖然這些方法比某些激光焊接監(jiān)測方法能產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，但它們依賴于間接的焊接指標，如反射光、溫度和焊接煙羽，而不是詳細檢查實際的焊接幾何形狀。

光學(xué)相干斷層掃描（OCT）： IPG LDD 系統(tǒng)使用的專利激光焊接監(jiān)測技術(shù)，OCT 使用與焊接光束同時發(fā)射的低功率激光束，直接測量焊接深度等關(guān)鍵焊接幾何形狀。盡管是實時操作，OCT 仍能對每條焊縫進行極其精確（幾微米以內(nèi)）的測量。

激光焊接測量與監(jiān)測的優(yōu)勢

激光焊縫測量是激光焊縫監(jiān)測的一種。然而，并非所有的激光焊縫監(jiān)測都可以被視為測量，至少在實際焊縫幾何形狀方面是如此。

最終，任何不能直接測量每個焊縫幾何形狀的方法都會迫使制造商在產(chǎn)量、效率或風(fēng)險承受能力方面做出妥協(xié)。

例如，依靠焊接煙羽等指標的監(jiān)測技術(shù)可以對焊接深度進行半精確的估計。但這些估算離完美還差得很遠，因此需要一個安全緩沖區(qū)。雖然監(jiān)測數(shù)據(jù)可能表明焊縫良好，但如果焊縫接近可接受的邊緣，則返工或報廢該零件更為安全。根據(jù)制造商的風(fēng)險承受能力，每天可能會不必要地損失數(shù)百個零件。

激光焊縫測量的目的是大幅減少安全緩沖區(qū)。通過對焊縫進行微米級的直接測量，可接受性窗口可以大大拓寬，同時還能為每個焊縫提供安心的歷史數(shù)據(jù)。

受益于實時激光焊接測量的行業(yè)

在電池焊接、電動汽車和醫(yī)療設(shè)備制造等行業(yè)，安全要求很高，質(zhì)量保證至關(guān)重要。對于高風(fēng)險的應(yīng)用，實時激光焊接測量不僅能減少浪費和降低成本，還能提高安全性。

此外，智能手機、平板電腦和筆記本電腦等需要精密在線檢測的消費類電子產(chǎn)品也能從激光焊縫測量中獲益。

隨著激光焊縫實時測量技術(shù)的不斷進步，那些注重強度而非速度的行業(yè)也能從中受益。例如，造船等行業(yè)對承重焊縫有嚴格的質(zhì)量要求標準，直接測量深穿透激光焊縫深度的優(yōu)勢將使這些行業(yè)受益匪淺。

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