在傳統(tǒng)的焊接過(guò)程中，特別是單層板的拼接焊、搭接焊，又或者是其他類(lèi)型的 T 型焊，往往只形成一條簡(jiǎn)單的焊縫。焊縫暴露在外，易于觀察。如果要對(duì)焊縫的品質(zhì)進(jìn)行判斷，往往只需要觀察焊縫表面的狀況，又或是使用專(zhuān)業(yè)的探傷設(shè)備進(jìn)行掃描就可以得到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果。但對(duì)于多種不同類(lèi)型材料的復(fù)合焊接，還有針對(duì)多層材料的連續(xù)多層焊接來(lái)說(shuō)，想要簡(jiǎn)單的通過(guò)外表來(lái)判定焊接結(jié)果，則會(huì)存在很大的難度。

依靠探傷工具不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)于超薄材料的焊接，以及主要依賴(lài)熱熔焊方式焊接的材料來(lái)說(shuō)，探傷設(shè)備也無(wú)能為力。那什么是虛焊？造成虛焊的原因又包括哪些？

虛焊：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的非有效焊合，其中多指焊接強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，推拉力或剪切力不合格等。

導(dǎo)致虛焊的原因

注：在這里我們集中討論在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的激光焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)的虛焊現(xiàn)象。導(dǎo)致虛焊的原因主要有如下三個(gè)：

ⅰ間隙。絕大多數(shù)的虛焊是由焊接過(guò)程中存在的材料間隙造成的。激光焊接本可以包容一小部分客觀存在的材料間隙，只有當(dāng)材料間隙超出了所能夠接受的高度，導(dǎo)致拉拔力或剪切力的快速下降，這才會(huì)導(dǎo)致虛焊的發(fā)生；

ⅱ 材料表面差異及臟污。對(duì)于清潔不到位以及存在表面差異的物料來(lái)說(shuō)，同樣也會(huì)導(dǎo)致虛焊的發(fā)生。究其原因還是表面差異和臟污改變了熱傳導(dǎo)的效率；

ⅲ 激光功率的不穩(wěn)定。在大多數(shù)情況下，光纖激光器都能夠保證1%左右的功率誤差。但對(duì)于一些老舊設(shè)備而言，在焊接某些高反射類(lèi)材料時(shí)，短暫的功率下降會(huì)直接導(dǎo)致焊接功率不足，進(jìn)而造成虛焊。

Tip: 上述所列三個(gè)原因，和如下 “激光焊接實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（LWM）對(duì)虛焊的觀察和表現(xiàn)” 中的介紹是一一對(duì)應(yīng)的。

LWM 對(duì)虛焊的觀察和表現(xiàn)

ⅰ簡(jiǎn)單概括來(lái)說(shuō)，對(duì)于普通材料焊接（銅、鐵、鎳），應(yīng)當(dāng)盡量避免材料中出現(xiàn)間隙。但對(duì)于某些特殊材料來(lái)說(shuō)，特別是低熔點(diǎn)材料（鍍鋅材料），還需要保留適當(dāng)間隙作為排氣通道，防止焊縫出現(xiàn)氣泡和裂縫。

ⅱ 接下來(lái)我們觀察材料表面差異對(duì)焊接品質(zhì)來(lái)帶的影響：

圖 1：材料表面差異對(duì)焊接品質(zhì)來(lái)帶的影響

通過(guò)如下的拉拔力測(cè)試，表面相對(duì)光滑的材料明顯比表面帶有車(chē)刀紋的材料焊接強(qiáng)度要高。究其根本原因，還是因?yàn)榇植诒砻嬖斐稍诤附舆^(guò)程中存在有間隙。

圖 2：焊接斷面示意圖

由于兩種物料僅存在表面粗糙度的差異，從 LWM 曲線(xiàn)觀察，PLSMA 以及 BR 曲線(xiàn)都不存在可分辨的差異。但是通過(guò)仔細(xì)觀察 TEMP 曲線(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)粗糙焊接面與其他光滑焊接面還是存在可分辨的差異。

圖 3：表面差異在 LWM 曲線(xiàn)上的體現(xiàn)

如上圖可以看出，粗糙焊接面在 TEMP 曲線(xiàn)上明顯存在下降區(qū)前移的狀況。

ⅲ 對(duì)于激光功率的變化，可以明顯觀察到在 LWM 曲線(xiàn)（PLASMA & TEMP）上出現(xiàn)了高度差，而 BR 曲線(xiàn)則沒(méi)有明顯變化。

其原因還是因?yàn)椴牧衔�收到的功率減少，以至轉(zhuǎn)化為熱和產(chǎn)生熔融態(tài)金屬也隨之減少。

圖 4：激光功率差異在LWM曲線(xiàn)上的體現(xiàn)

我們已經(jīng)明確了對(duì)于焊接中發(fā)生的材料間隙，LWM 可以對(duì)其量的變化進(jìn)行檢測(cè)。隨著間隙大小的變化，LWM 曲線(xiàn)也同時(shí)能夠呈現(xiàn)出相應(yīng)的規(guī)律性變化。同時(shí)對(duì)于激光功率的變化，由于其不僅反映在 TEMP 曲線(xiàn)上，同時(shí)對(duì)于 PLASMA 曲線(xiàn)也存在一定的影響，LWM 同樣可以很容易發(fā)現(xiàn)功率的變化。

但對(duì)于焊接面的粗糙度變化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)隨著粗糙度的增加，焊接強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)明顯下降。當(dāng)表面粗糙度達(dá)到影響焊接強(qiáng)度的時(shí)候，LWM 可以發(fā)現(xiàn)曲線(xiàn)的異常變化并及時(shí)報(bào)警。但對(duì)于表面粗糙度的細(xì)微變化，由于其對(duì)焊接強(qiáng)度的影響微乎其微，LWM 也很難觀察到其變化。

LWM 4.0 工作原理

圖 5：LWM 工作原理圖

LWM 系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)觀察在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生的不同波段的光信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)不同的焊接狀態(tài)以及可能產(chǎn)生的焊接缺陷。在穩(wěn)定的精密焊接工藝中，等離子狀態(tài)，溫度狀態(tài)和激光反射狀態(tài)也是相對(duì)穩(wěn)定的變化。LWM 傳感器通過(guò)高達(dá) 50 kHz 采樣頻率，遠(yuǎn)高于普通激光器的脈沖頻率來(lái)確保可以準(zhǔn)確捕捉到焊接過(guò)程中的每一處細(xì)微變化用以檢測(cè)任何異常情況的發(fā)生。

激光焊接實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（LWM）是應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。 將基于光電二極管的傳感器單元安裝在焊接頭上或激光器中。 在焊接過(guò)程中，傳感器從焊接過(guò)程中釋放的等離子、溫度等信號(hào)獲取數(shù)據(jù)，并將其與標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)進(jìn)行比較。 偏差結(jié)果會(huì)實(shí)時(shí)反饋給用戶(hù)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制。

系統(tǒng)總覽：LWM 4.0 傳感器單元，PC + 電氣模塊和客戶(hù) PLC

左：參考值（良好的焊接）    右：有缺陷的樣品（此處：油脂）

借助 LWM 4.0，實(shí)現(xiàn)了重大的技術(shù)創(chuàng)新。 首先，傳感器單元具有更高的靈敏度。 這主要是由于優(yōu)化的光學(xué)設(shè)計(jì)。 其次，LWM 4.0 具有改進(jìn)的信噪比，可以追溯到 “單電纜設(shè)計(jì)”，并且直接從傳感器頭進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。此外，傳感器已預(yù)先調(diào)整。 這意味著傳感器頭中的光電二極管被精確對(duì)準(zhǔn)并固定在幾何結(jié)構(gòu)上。 最后，傳感器單元被調(diào)平在相對(duì)于特定光源下。 這樣所有 LWM 4.0 傳感器在光源照射下都會(huì)顯示相同的信號(hào)強(qiáng)度。

LWM 4.0 可以適應(yīng)幾乎所有客戶(hù)應(yīng)用程序，設(shè)置和基礎(chǔ)架構(gòu)。傳感器可以安裝在焊接頭（掃描振鏡或固定焊槍?zhuān)┥匣蚣す庠粗�。它可以從任何工藝�?lèi)型中收集數(shù)據(jù)，無(wú)論是深熔焊或熱傳導(dǎo)焊接，有或沒(méi)有匙孔的效應(yīng)，或兩者的任意組合，均可以收集數(shù)據(jù)。激光模式也是如此：可以是連續(xù)模式或脈沖模式。此外，LWM 4.0 傳感器可用于紅外光，綠光或藍(lán)光激光源。相應(yīng)傳感器中的光電二極管根據(jù)不同激光源進(jìn)行適配。

LWM 4.0 傳感器系統(tǒng)可用于各種激光安裝，并具有高度的靈活性

（文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除）