導 語

      將傳(chuan)統(tong)電弧焊(han)與激(ji)光焊(han)接(jie)進(jin)(jin)行對比，能夠得(de)(de)出激(ji)光焊(han)接(jie)的優勢。為了(le)得(de)(de)到(dao)更(geng)好(hao)的激(ji)光焊(han)縫，本文就激(ji)光焊(han)接(jie)工(gong)藝進(jin)(jin)行討論(lun)(lun)，首(shou)先將焊(han)縫的深寬(kuan)比、表面形貌等作為評價指(zhi)標(biao)，然后(hou)研究(jiu)影響這些指(zhi)標(biao)的工(gong)藝參數，并針對性地(di)對不銹鋼、鋁板和碳鋼板進(jin)(jin)行激(ji)光焊(han)接(jie)測(ce)試，得(de)(de)出焊(han)接(jie)生產過程中可以使用(yong)的、經驗(yan)性的結論(lun)(lun)。

      激(ji)光焊(han)(han)接(jie)是利用(yong)能量(liang)(liang)密度高的(de)激(ji)光作為(wei)焊(han)(han)接(jie)熱源實(shi)現板材焊(han)(han)接(jie)的(de)一種特殊的(de)生(sheng)產(chan)技術，因其有能量(liang)(liang)密度高、焊(han)(han)接(jie)速(su)度快(kuai)、環保、板材變形(xing)量(liang)(liang)小(xiao)等(deng)優點，在(zai)鈑金制造(zao)行業得到了良好的(de)應用(yong)。

激光焊接與傳統電弧焊的比較

電弧焊介紹

      傳統電(dian)(dian)弧(hu)焊(han)(han)大(da)致(zhi)可分(fen)為焊(han)(han)條電(dian)(dian)弧(hu)焊(han)(han)、鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)、熔(rong)(rong)化極氣體保護電(dian)(dian)弧(hu)焊(han)(han)、埋弧(hu)焊(han)(han)等。焊(han)(han)條電(dian)(dian)弧(hu)焊(han)(han)是在焊(han)(han)件(jian)(jian)與(yu)焊(han)(han)條之間(jian)引出電(dian)(dian)弧(hu)，電(dian)(dian)弧(hu)產生的熱量熔(rong)(rong)化焊(han)(han)件(jian)(jian)與(yu)焊(han)(han)條的接觸部(bu)分(fen)形(xing)成金屬熔(rong)(rong)池，隨著焊(han)(han)條前進的方向，新的熔(rong)(rong)池不(bu)斷產生，老(lao)的熔(rong)(rong)池不(bu)斷冷卻與(yu)凝(ning)固(gu)，最終形(xing)成焊(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)接過程示意圖如圖1所示。

圖1 焊條電弧焊示(shi)意圖

      鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊采(cai)用(yong)鎢(wu)極(ji)作為(wei)放(fang)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)極(ji)，但該電(dian)(dian)(dian)極(ji)不(bu)(bu)會被(bei)消(xiao)耗，采(cai)用(yong)惰性氣體作為(wei)保護氣體，依靠電(dian)(dian)(dian)弧(hu)產生的熱量來熔化(hua)母材與焊材，焊接區域(yu)被(bei)保護氣覆蓋(gai)，基本(ben)不(bu)(bu)會發生飛濺。

      熔(rong)化極氣體(ti)保護(hu)電(dian)弧焊(han)是通(tong)(tong)過給(gei)焊(han)絲(si)通(tong)(tong)電(dian)，在(zai)焊(han)絲(si)與母材(cai)之間(jian)產生電(dian)弧，熔(rong)化母材(cai)與焊(han)絲(si)。

      電弧焊(han)(han)目前在焊(han)(han)接(jie)(jie)領(ling)域仍然(ran)占主體地位，但隨著市場(chang)對于焊(han)(han)接(jie)(jie)質量(liang)、效(xiao)率的(de)要(yao)求越來越高(gao)(gao)，傳統電弧焊(han)(han)在一(yi)些(xie)高(gao)(gao)端鈑金(jin)的(de)制(zhi)造(zao)領(ling)域遇到了瓶頸，電弧焊(han)(han)的(de)缺點也越來越明(ming)顯。傳統的(de)電弧焊(han)(han)要(yao)求使用(yong)氬(ya)氣(qi)作(zuo)為保護氣(qi)體，而高(gao)(gao)純度的(de)氬(ya)氣(qi)成本較高(gao)(gao)；電弧焊(han)(han)操作(zuo)需要(yao)有(you)特(te)種作(zuo)業操作(zuo)證的(de)專業人(ren)員來進(jin)行，準(zhun)入門檻(jian)較高(gao)(gao)；氬(ya)弧焊(han)(han)會產生高(gao)(gao)密度的(de)電流(liu)，產生熱量(liang)較高(gao)(gao)，不利于熔(rong)點較低的(de)金(jin)屬板材焊(han)(han)接(jie)(jie)；焊(han)(han)接(jie)(jie)效(xiao)率低，速度較慢；焊(han)(han)接(jie)(jie)表面較為粗(cu)糙，若表面形貌(mao)要(yao)求較高(gao)(gao)，則需要(yao)增加打磨工序；電弧焊(han)(han)強度有(you)限。

激光焊接的優勢

      主流的(de)(de)激光(guang)焊(han)接可分為(wei)自熔焊(han)、擺動(dong)焊(han)、填絲焊(han)、振鏡焊(han)及多種(zhong)焊(han)接方式(shi)相結(jie)合的(de)(de)復合焊(han)等。相比(bi)于傳統的(de)(de)電弧焊(han)，激光(guang)焊(han)接技術(shu)的(de)(de)優點見表1。對于產(chan)品(pin)附加值較高(gao)、產(chan)品(pin)一(yi)致性(xing)好、焊(han)縫間隙小、追求效率的(de)(de)高(gao)端鈑(ban)金制造(zao)行業，激光(guang)焊(han)接可作為(wei)首(shou)選(xuan)。

表1 激光焊接與電弧焊接特點(dian)比較

激光焊接工藝參數

激光焊接焊縫指標

      由于客(ke)戶(hu)需求(qiu)不同，對鈑金件(jian)的焊(han)接效果要求(qiu)也(ye)不同。對于焊(han)縫的要求(qiu)主要體現在以下幾個指標：表面形貌，熔池寬深比，是否有氣孔、裂(lie)紋、雜質、咬邊(bian)等缺陷。

      表面形(xing)貌(mao)是焊(han)材(cai)與母(mu)(mu)材(cai)結合(he)或(huo)(huo)者母(mu)(mu)材(cai)與母(mu)(mu)材(cai)結合(he)之后焊(han)縫表面的(de)形(xing)狀樣(yang)貌(mao)，或(huo)(huo)者凹陷、或(huo)(huo)者平整、或(huo)(huo)者上凸，可通過調節(jie)焊(han)接(jie)功率(lv)、離焦(jiao)量、拼接(jie)方式等來實(shi)現不(bu)同的(de)焊(han)接(jie)形(xing)貌(mao)。

      熔池寬深(shen)比(bi)，是指焊(han)縫熔池深(shen)度(du)與寬度(du)的(de)(de)比(bi)值。若(ruo)客戶對于焊(han)接(jie)產品(pin)有強度(du)要求，需要將焊(han)接(jie)產品(pin)通過線切割→鑲嵌→磨拋→腐蝕→顯微鏡金(jin)相(xiang)分析這一系列步驟，根據焊(han)縫的(de)(de)深(shen)寬比(bi)值反映焊(han)接(jie)強度(du)，更多(duo)的(de)(de)是硬度(du)方面的(de)(de)體現，也可(ke)通過拉(la)伸(shen)強度(du)測試反饋焊(han)接(jie)的(de)(de)拉(la)伸(shen)強度(du)指標。熔深(shen)比(bi)金(jin)相(xiang)分析如圖2所示。

圖2 熔深比金相(xiang)分析

      在特定的(de)工作環(huan)境中，焊(han)接(jie)件存(cun)在氣孔、裂紋、雜質、咬邊等(deng)缺(que)(que)陷(xian)，很(hen)可(ke)能會(hui)引發嚴重的(de)安全事故(gu)，如有的(de)產品(pin)對(dui)氣密性、是否(fou)漏水(shui)等(deng)有嚴格要求。正(zheng)常(chang)焊(han)縫(feng)、存(cun)在缺(que)(que)陷(xian)焊(han)縫(feng)示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3所示(shi)。

圖3 焊縫示意(yi)圖

激光焊接影響因素

      直接(jie)(jie)影響激光(guang)焊接(jie)(jie)的(de)因素有焊接(jie)(jie)溫度、焊接(jie)(jie)材料的(de)熔點、焊接(jie)(jie)材料對(dui)激光(guang)的(de)吸收率、熱(re)影響等(deng)。對(dui)應到焊接(jie)(jie)工藝(yi)，可從材料性能、激光(guang)功率、焊接(jie)(jie)速度、焦(jiao)點位置、保護氣(qi)體、焊縫間隙等(deng)方(fang)面來考慮。

      焊接材(cai)料(liao)對激光的(de)(de)吸收率(lv)影響焊接效果，就一般材(cai)料(liao)而(er)言，鋁和銅對于焊接激光的(de)(de)吸收率(lv)較(jiao)高(gao)，而(er)碳鋼和不銹鋼較(jiao)低。對于吸收率(lv)高(gao)的(de)(de)焊接材(cai)料(liao)往(wang)(wang)往(wang)(wang)需要(yao)花費更(geng)多的(de)(de)能量來使之熔(rong)化并形成穩(wen)定(ding)的(de)(de)熔(rong)池與焊縫。

      激(ji)(ji)(ji)(ji)光功(gong)率是(shi)激(ji)(ji)(ji)(ji)光焊(han)接的(de)(de)(de)(de)能量來源，對(dui)焊(han)接效果(guo)有決定性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響，激(ji)(ji)(ji)(ji)光功(gong)率的(de)(de)(de)(de)大(da)小也影響著焊(han)接的(de)(de)(de)(de)速度。激(ji)(ji)(ji)(ji)光功(gong)率不是(shi)越(yue)大(da)越(yue)好，在達到一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)光功(gong)率后，對(dui)應的(de)(de)(de)(de)焊(han)接熔深也會達到一(yi)(yi)個(ge)閾(yu)值(zhi)(zhi)，超過這個(ge)閾(yu)值(zhi)(zhi)，熔池會更不穩定，反而使得熔池深度降低。所以選(xuan)擇合適的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)光功(gong)率值(zhi)(zhi)變得尤(you)為關鍵。

      焊接(jie)速(su)度與熔深呈負相(xiang)關，速(su)度越快(kuai)，焊接(jie)材料上(shang)輸入的(de)能量就會(hui)越低(di)，反之則會(hui)越高(gao)。過(guo)快(kuai)的(de)速(su)度不能使(shi)焊接(jie)材料獲得足夠(gou)的(de)能量而形成理想的(de)焊縫，過(guo)低(di)的(de)速(su)度會(hui)導致過(guo)熔現象，尤(you)其(qi)是對熱(re)量敏感的(de)鋁。

      焦點位(wei)置直接(jie)影響焊(han)縫的熔深與熔寬，激光焦點正好(hao)位(wei)于焊(han)接(jie)材(cai)料表(biao)面稱為零(ling)(ling)焦,位(wei)于焊(han)接(jie)材(cai)料之上或者之下均為偏(pian)焦。零(ling)(ling)焦光斑(ban)最(zui)小，同時光斑(ban)能(neng)量密度最(zui)高；偏(pian)焦焊(han)接(jie)功率密度降低(di)但光斑(ban)變大，適合焊(han)接(jie)范(fan)圍(wei)大的工(gong)件。

      保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)對(dui)焊(han)接(jie)的(de)影響不(bu)(bu)僅(jin)體(ti)現在吹(chui)(chui)氣(qi)(qi)(qi)種類上，也體(ti)現在不(bu)(bu)同的(de)吹(chui)(chui)氣(qi)(qi)(qi)方(fang)式上。吹(chui)(chui)氣(qi)(qi)(qi)的(de)作用不(bu)(bu)僅(jin)是防止焊(han)接(jie)過(guo)程中工件表面(mian)不(bu)(bu)被氧化，還是抑(yi)制激光焊(han)接(jie)過(guo)程中產(chan)生的(de)等離子云。保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)會直接(jie)影響表面(mian)的(de)形貌與色澤，對(dui)這(zhe)兩點有要求的(de)焊(han)接(jie)產(chan)品一定要注意(yi)保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)重要性。

      待焊(han)工(gong)件焊(han)縫(feng)的間(jian)隙與(yu)焊(han)接(jie)的熔深、熔寬(kuan)、焊(han)縫(feng)形貌有直接(jie)的關(guan)系。若焊(han)縫(feng)間(jian)隙過大、光(guang)斑較小則(ze)無法將焊(han)縫(feng)熔化結合，熔合困(kun)難；同時激光(guang)外露，很(hen)可能(neng)損壞工(gong)裝或工(gong)件。若間(jian)隙過大且在一定范圍內(nei)，可通過增(zeng)大光(guang)斑、增(zeng)加擺動(dong)等方(fang)式來改善，但改善效果有限。

        深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機器視覺為技術核心，自主技術研究與應用拓展為導向的高科技企業。公司自成立以來不斷創新，在智能自動化領域研發出視覺對位系統、機械手視覺定位、視覺檢測、圖像處理庫等為核心的20多款自主知識產權產品。涉及自動貼合機、絲印機、曝光機、疊片機、貼片機、智能檢測、智能鐳射等眾多行業領域。雙翌視覺系統最高生產精度可達um級別，圖像處理精準、速度快，將智能自動化制造行業的生產水平提升到一個更高的層次，改進了以往落后的生產流程，得到廣大用戶的認可與肯定。隨著智能自動化生產的普及與發展，雙翌將為廣大生產行業帶來更全面、更精細、更智能化的技術及服務。