激光钎焊作为激光焊接技术的一种在轿车项目中得到了应用,从Passat-B5的后盖到POLO的车顶,再到Touran-MPV的全车身覆盖,激光钎焊的长度在不断的增加。然而,在上海大众的实际使用中,激光钎焊质量缺陷的形成原因及其影响因素一直被众多技术人员所关注。
激光钎焊质量的影响因素
1. 焊接板材材料的影响
聚焦在工件上的激光能量只有很小的一部分被焊接板材材料所吸收。大部分被反射掉了。激光波长与不同板材材料的吸收率之间的关系如图所示(所给出的图线是在室温下得到的)。固体激光器产生的激光波的吸收率对于钢铁材料大约为35%,对于铜材料为4%。这就解释了为什么必须对钢铁材料要用电流进行预热。随着温度的升高,吸收率也随之上升。
2. 冲角
在焊丝被激光烧熔前必须要与部件相接触,所以焊丝在运动到激光焦点前就已经碰上加工件了。然后焊丝被顺着钎焊缝输送到焦点处,在那里被熔化掉。由此可以保证焊丝与焦点中心一直保持接触。为了让焊丝被压弯,必须要让所有的焊缝位置保持一个大的冲角,大于40°的冲角已被证实是可靠的。
3. 钎焊丝预热电流
如果在激光钎焊加工过程中出现飞溅物的现象,说明加热电流已经到了最高上限,焊丝熔化得太早。如果焊缝的质量比较差,说明加热电流在下限范围里,也就是说焊缝表面越来越粗糙。原则上应该在加工过程中尽可能使用大电流。
4. 聚焦焦点
激光能量必须通过聚焦集中到加工点上,实践经验表明,焦点中大约50%的能量被用于加热周边区域。太多的激光能量被集中在了焊丝上,因此使焊料变得过热。而同时加工件的侧边却没有得到足够的加热,这样焊料就不容易流到加工件的缝隙中去。
5. 焊接速度
除以上因素以外,激光钎焊加工过程还受到焊接镜组的移动速度以及焊丝进给速度的影响。所以必须的焊料量由所要求的焊缝面积与待加工件的焊缝长度来决定,焊料单位时间的供给量由焊丝的进给速度与焊丝的截面积来确定。这些参数值必须与焊接镜组的移动速度协调一致,这样才能保证必要的焊料量。
图1 室温下材料对不同波长激光的吸收率
6. 其他
由于与焊丝的直径和接缝的宽度相比,钎焊焦点相对较小,所以设备中每一个元件的精度都关系重大。具体来说,其中包括夹紧机构的重复精度、机器人的引导精度、机器人上部件安装点的精度以及各部件的公差大小。
激光钎焊缺陷类型及形成原因
1. 按焊接缺陷区域大小分类
在实际中,缺陷影响区域大小可以分成:持续性缺陷、局部缺陷以及易发生问题的区域。
2. 按缺陷表面特征分类
在焊接过程中出现的表面缺陷有:微小气孔、气孔、空洞/焊缝中断、熔焊型焊缝、低劣的焊料连接、焊料的单面连接、香肠现象、焊缝不规则、鳞状堆积以及在加工件的边缘会出现焊缝填充不足或过剩的现象。
3. 质量缺陷造成的原因
质量缺陷与错误的工作距离、焦点侧面的位置、钎焊丝校准、焊丝没有穿过焦点中心、钎焊丝温度、钎焊丝的材料、激光功率、漏气、间隙尺寸、钎焊丝进给速度、机器人的速度以及时间的控制等有密切关系。
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