激光与电弧复合焊的方法包括两种,即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光-电弧复合焊方法实现较为简单,但****缺点是热源为非对称性,焊接质量受焊接方向影响很大,难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源,大大提高焊接过程稳定性,并可方便地实现二维和三维焊接。
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****焦点位置范围时,才可获得****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。
激光焊接技术是一种高新技术,由于其独有的特点,特别适合在传感器密封焊中使用,目前国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器,而国内采用此工艺的厂家不多,主要是一些生产军用传感器产品的厂家和部分科研机构在采用此种工艺,且采用国外激光焊接机的较多。为提高国内传感器整体水平以及发展民族激光产业,我国的传感器生产厂家应尽快采用国产激光焊接机来生产加工传感器,以增加产品竞争力,开拓国际市场。
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