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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 激光焊接及其質(zhì)量控制 [打印本頁(yè)]

作者: liuxin 時(shí)間: 2006-1-10 12:49
標(biāo)題: 激光焊接及其質(zhì)量控制

目前激光焊接在汽車(chē)行業(yè)的大量應(yīng)用，說(shuō)明了激光焊接技術(shù)已趨于成熟。但激光焊接技術(shù)和傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比顯得較復(fù)雜，質(zhì)量控制環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)的焊接質(zhì)量控制也有所不同，因此加強(qiáng)質(zhì)量控制，對(duì)于激光焊接的發(fā)展有著重要的意義。

激光最基本的特點(diǎn)就是：?jiǎn)紊浴⒎较蛐?、相關(guān)性。這些獨(dú)特性質(zhì)加上由此而來(lái)的高亮度、超短脈沖等性質(zhì)使它非常適合焊接加工。激光焊接技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用由脈沖到連續(xù)，由小功率到大功率，由薄板到厚件，由簡(jiǎn)單單焊縫到復(fù)雜形狀，已經(jīng)逐步成為一種成熟的現(xiàn)代加工工藝技術(shù)。

激光焊接技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用
激光焊接分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接，在連續(xù)焊接中又可分為熱傳導(dǎo)焊接和深穿透焊接。隨著激光輸出功率的提高，特別是高功率激光器的出現(xiàn)，激光深穿透技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都得到了迅速發(fā)展，最大的焊接深寬比已經(jīng)達(dá)到了12:1，激光焊接材料也由一般低碳鋼發(fā)展到了今天的焊接鍍鋅板、鋁板、鈦板、銅板和陶瓷材料，激光焊接速度也達(dá)到了每分鐘幾十米，激光焊接技術(shù)日益成熟，并大量應(yīng)用到生產(chǎn)線(xiàn)上，在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上如車(chē)頂焊接，汽車(chē)底板及結(jié)構(gòu)件(包括車(chē)門(mén)車(chē)身)的高速拼焊，并已取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

            汽車(chē)激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)
            優(yōu)點(diǎn)
            “激光”能在一個(gè)很小的作用點(diǎn)上集中起非常大的能量。與傳統(tǒng)的焊和熔焊工藝相比，這會(huì)帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：
            加工精度成倍提高。激光焊縫高溫區(qū)因熱量的原因會(huì)發(fā)生反應(yīng)。由于激光焊縫寬度相對(duì)較窄，這些較小的高溫區(qū)也使得隨之帶來(lái)的熱變形非常小。
            可以實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)的功率和大小按加工要求動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用可能。
            在使用固體激光器時(shí)，可以靈活地遠(yuǎn)離操作地輸送激光，這樣一來(lái)把能量源和加工設(shè)備從空間上分隔可以毫不困難得實(shí)現(xiàn)。
            激光束不會(huì)帶來(lái)任何磨損，而且能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作。
            據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在歐美發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家中，有50%~70%的汽車(chē)零部件是用激光加工來(lái)完成的。其中主要以激光焊接和激光切割為主，激光焊接在汽車(chē)工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。激光用于車(chē)身面板的焊接可將不同厚度和具有不同表面涂鍍層的金屬板焊在一起，然后再進(jìn)行沖壓，這樣制成的面板結(jié)構(gòu)能達(dá)到最合理的金屬組合。由于很少變形，也省去了二次加工。激光焊接加速了用車(chē)身沖壓零件代替鍛造零件的進(jìn)程。采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強(qiáng)部件，還可以壓縮車(chē)身結(jié)構(gòu)件本身的體積。僅此一項(xiàng)車(chē)身的重量可減少50kg左右。而且激光焊接技術(shù)能保證焊點(diǎn)連接達(dá)到份子層面的接合，有效提高了車(chē)身的剛度和碰撞安全性，同時(shí)有效降低了車(chē)內(nèi)噪聲。

缺點(diǎn)
要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因?yàn)榧す饩劢购蠊獍叱叽缧?，焊縫窄。如工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求，很容易造成焊接缺陷。

            激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。
            激光加工的過(guò)程技術(shù)
            要想使激光焊接真正發(fā)揮作用，其各個(gè)功能組之間可靠的協(xié)調(diào)工作以及對(duì)設(shè)備的安全操作和正確保養(yǎng)都是必不可少的。下列四種技術(shù)是現(xiàn)代加工技術(shù)的支柱，其相互之間可靠的功能聯(lián)系以及對(duì)其全面的掌握是安全可靠地引入激光加工技術(shù)所必須的，如圖1所示。

            圖1 激光加工的過(guò)程技術(shù)
            汽車(chē)激光焊接的質(zhì)量控制
            汽車(chē)激光焊接的質(zhì)量缺陷類(lèi)型
            由于汽車(chē)激光焊接過(guò)程的復(fù)雜性以及眾多的影響因素，當(dāng)出現(xiàn)加工質(zhì)量下降時(shí)，無(wú)法用一個(gè)概括的原因來(lái)進(jìn)行解釋。一般激光焊縫軌跡的開(kāi)始和結(jié)尾段被認(rèn)為是最為關(guān)鍵的部份。以下是汽車(chē)白車(chē)身激光焊接的一些典型缺陷：

            　　·毛孔：正常的毛孔（比微小毛孔大）的直徑最大不超過(guò)1.0mm。
            　　·微小毛孔/空洞：當(dāng)毛孔的直徑小于0.2mm時(shí)就是微小毛孔；當(dāng)毛孔的直徑大于1.0mm，就被稱(chēng)為空洞。
            　　·熔焊型焊縫：在焊縫中沒(méi)有焊料，焊縫的樣子就像是激光熔焊焊縫。
            　　·低劣的焊料連接：焊條未在加工件的側(cè)面連接起來(lái)。在焊縫連接的位置處，焊縫看起來(lái)“散成一縷縷的”。
            　　·焊料的單面連接：焊料只與一個(gè)側(cè)面連接了起來(lái)。
            　　·香腸現(xiàn)象：加工件沒(méi)有連接起來(lái)，在焊縫處焊料筆直地伸展堆積。
            　　·焊縫不規(guī)則：焊縫塌陷或凸起。
            　　·鱗狀堆積：焊縫表面不光滑，顯得很粗糙。
            焊縫開(kāi)頭/焊縫結(jié)尾問(wèn)題：在加工件的邊緣會(huì)出現(xiàn)焊縫填充不足或過(guò)剩的現(xiàn)象，或者是在軌跡上發(fā)現(xiàn)有未熔化的焊條殘余。
            汽車(chē)激光焊接的質(zhì)量影響因素
            白車(chē)身生產(chǎn)中質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的可能原因或者說(shuō)是誤差源：
            1）激光設(shè)備的原因：
            臟了的保護(hù)玻璃鏡片或激光器中老化的弧光燈都會(huì)降低激光的功率。
            激光的焦點(diǎn)位置不正確。當(dāng)激光焦點(diǎn)的直徑太小時(shí)，太多的激光能量被集中在焊條上，因此使焊料變得過(guò)熱，而同時(shí)加工件的側(cè)邊卻沒(méi)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。而激光焦點(diǎn)的直徑太大時(shí)，激光能量不集中，焊不牢。

            2）焊條的原因：
            　　·焊條預(yù)熱溫度錯(cuò)誤。
            　　·焊條材料合金成分改變（這樣就有可能不符合加工要求）。
            　　·焊條引導(dǎo)的速度不恒定或是與激光設(shè)備加工頭速度不相符。
            3）其它輔助設(shè)備的原因：
            　　·由于熔液的凝固而引起的氣體分子的泄漏。
            　　·由于程序給定錯(cuò)誤的進(jìn)給速度或是機(jī)器人速度出現(xiàn)波動(dòng)。
            4）間隙尺寸：
            　　·被焊接零部件之間的間隙尺寸超過(guò)激光設(shè)備要求。
            　　·汽車(chē)激光焊接的質(zhì)量控制
            1）設(shè)備保養(yǎng)：
            在汽車(chē)激光焊接的質(zhì)量缺陷及影響的因素中，提到了大多數(shù)質(zhì)量缺陷都是由于設(shè)備故障造成的，因此日常的設(shè)備保養(yǎng)和維修顯得尤為重要。以下總結(jié)了激光設(shè)備保養(yǎng)的幾個(gè)要求：

            　　·每天檢測(cè)保護(hù)玻璃鏡片，對(duì)損壞的鏡片及時(shí)更換。
            　　·每天需清理夾具的焊接飛濺殘留物并緊固夾具的固定螺栓。
            　　·每周檢查激光器中的弧光燈，及時(shí)更換老化的弧光燈。
            　　·對(duì)一些輔助設(shè)備例如機(jī)器人、送絲機(jī)構(gòu)等等都需進(jìn)行一些日常保養(yǎng)。
            2）焊接工件的尺寸精度要求：
            激光焊對(duì)焊件裝配精度要求也非常高，如工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求，很容易造成焊接缺陷，所以良好而精確的夾緊技術(shù)是激光焊接的保證。普通焊接對(duì)被焊接零件間的配合間隙要求在2mm左右，而激光焊接理想的情況是配合間隙越小越好，通常在白車(chē)身生產(chǎn)中以被焊接零件間的配合間隙0.2mm來(lái)控制。

3）車(chē)身功能尺寸的質(zhì)量控制：
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)白車(chē)身激光焊接質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，成立一個(gè)尺寸小組對(duì)影響激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行監(jiān)控是很有必要的。尺寸小組由測(cè)量部門(mén)、生產(chǎn)部門(mén)、質(zhì)保部門(mén)、樣板部門(mén)組成。小組成員定期召開(kāi)尺寸會(huì)議討論并解決出現(xiàn)的尺寸偏差。測(cè)量部門(mén)需每天對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量并提供相應(yīng)的報(bào)告，生產(chǎn)部門(mén)需及時(shí)的反饋信息，質(zhì)保部門(mén)對(duì)產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行判定，并協(xié)同樣板部門(mén)制定解決方案。

            激光焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)及返工標(biāo)準(zhǔn)
            判定激光焊縫的質(zhì)量好壞一般分為非破壞性檢驗(yàn)和破壞性檢驗(yàn)。
            1）非破壞性檢驗(yàn)：激光焊縫非破壞性檢驗(yàn)主要是目視檢驗(yàn)。檢驗(yàn)者采用一些適宜的工具如放大鏡、相機(jī)、或其它測(cè)量檢驗(yàn)工具對(duì)焊縫的存在、數(shù)量、長(zhǎng)度、外觀(guān)及位置按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行檢查。在上面提到的激光焊接質(zhì)量缺陷中，氣孔、焊接飛濺、焊穿、中斷的焊縫、邊緣熔接等問(wèn)題都是可以通過(guò)目視檢驗(yàn)出來(lái)。在汽車(chē)白車(chē)身生產(chǎn)過(guò)程中要求對(duì)每一條焊縫都進(jìn)行目視檢驗(yàn)來(lái)評(píng)判它的質(zhì)量。

2）破壞性檢驗(yàn)：激光焊縫的破壞性檢驗(yàn)分金相試驗(yàn)和鑿擊檢驗(yàn)兩種。
金相試驗(yàn)是通過(guò)顯微鏡對(duì)激光焊縫的橫斷面磨片進(jìn)行判定的一種檢驗(yàn)方法。常見(jiàn)的缺陷一般為無(wú)連接、邊緣缺口、根部突起等。檢驗(yàn)的頻次取決于工藝的可靠性，實(shí)際生產(chǎn)中由生產(chǎn)部門(mén)和各主管的質(zhì)保部門(mén)協(xié)商確認(rèn)，每月至少一次。對(duì)由于設(shè)備故障或質(zhì)量缺陷對(duì)激光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，必須對(duì)焊縫做金相試驗(yàn)評(píng)定。

鑿擊檢驗(yàn)是借助鑿子，使激光焊縫受力鑿打直至出現(xiàn)斷裂，然后測(cè)量斷裂面（焊縫的長(zhǎng)度和寬度）的一種檢驗(yàn)方法。鑿擊檢驗(yàn)?zāi)芊从吵黾す夂附釉O(shè)備的功能可靠性，所以鑿擊檢驗(yàn)一般在離生產(chǎn)線(xiàn)很近的地方進(jìn)行，當(dāng)焊縫被發(fā)現(xiàn)有不合格時(shí)，就可以通知相應(yīng)工藝和維修人員。在汽車(chē)白車(chē)身生產(chǎn)中對(duì)所有激光焊縫以2次/月的頻次檢驗(yàn)。

3）返工方法：對(duì)通過(guò)上述各種檢驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)缺陷的激光焊縫，需進(jìn)行返工。一般汽車(chē)白車(chē)身激光焊接返工方法如下：
·電阻點(diǎn)焊，但電阻點(diǎn)焊要求有較高的接觸位置或法蘭邊寬度，而且在這種情況下不允許焊點(diǎn)在激光焊縫上、點(diǎn)焊的焊點(diǎn)與激光焊縫連接在一起。當(dāng)零件法蘭邊很短的情況下（8mm）或不能鉆孔時(shí)，可在搭接處用MIG焊。

            ·當(dāng)搭接接頭成角焊縫時(shí)可使用MIG、MAG焊接。
            ·重新進(jìn)行激光焊接，但新焊縫不允許焊在有缺陷的焊縫上，而只能焊在焊縫之間的空缺處，返工焊縫長(zhǎng)度應(yīng)與焊縫缺陷位置的長(zhǎng)度相同。
            結(jié)束語(yǔ)
            21世紀(jì)汽車(chē)工業(yè)正在步入能按照用戶(hù)要求進(jìn)行柔性模塊式生產(chǎn)的方式，傳統(tǒng)加工工藝已不能滿(mǎn)足新生產(chǎn)方式的需要。隨著激光焊接技術(shù)及其他激光加工技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域中的不斷應(yīng)用，它必將成為汽車(chē)工業(yè)中重要的加工方法之一。

作者: 雷鋒（上海）2008 時(shí)間: 2007-3-29 13:39
標(biāo)題: Re: 激光焊接及其質(zhì)量控制
原來(lái)，我們廠(chǎng)的煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子損壞后，采用的激光焊接，場(chǎng)址在沈陽(yáng)，大陸激光焊接有限公司，臺(tái)資企業(yè)，效益相當(dāng)不錯(cuò)。

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