光纖激光頭已成為許多先進(jìn)和工業(yè)批量焊接應(yīng)用的首選工具，可用于許多成熟行業(yè)并適應(yīng)快速增長(zhǎng)的新興市場(chǎng)。在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車工業(yè)中，光纖激光頭的高速發(fā)展，精確和高度一致的焊接能力是提高商用電動(dòng)汽車的可達(dá)性和整體性能的驅(qū)動(dòng)因素。

圖1

在其他更成熟的行業(yè)中，使用光纖激光頭的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知

然而，現(xiàn)代工業(yè)激光頭技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)，例如增加產(chǎn)量，更好的設(shè)計(jì)靈活性和超高能效利用率，正在不斷推動(dòng)該技術(shù)在金屬連接技術(shù)中的發(fā)展。對(duì)于充分利用激光焊接頭優(yōu)勢(shì)并具有前瞻性的制造商而言，下一個(gè)問(wèn)題是如何進(jìn)一步提高產(chǎn)量并在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。優(yōu)化智能制造工業(yè)流程需要高質(zhì)量的在線數(shù)據(jù)收集。作為激光焊接頭技術(shù)的“眼睛和耳朵”，對(duì)該技術(shù)的需求不斷增加，以實(shí)現(xiàn)決策的自動(dòng)化和分散化。

在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)性增長(zhǎng)的背景下，這種需求尤為明顯。傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車焊接頭焊接工藝涉及許多挑戰(zhàn)：有色金屬合金，混合材料以及每個(gè)接頭的嚴(yán)格機(jī)械和電氣性能要求。此外，由于每個(gè)成品部件需要大量單獨(dú)的焊接，因此僅允許小的誤差。嚴(yán)格的焊接要求和破壞性測(cè)試需要巨大的成本和拆卸電氣元件的困難。如果制造商能夠在第一次嘗試中生產(chǎn)出高質(zhì)量的合格產(chǎn)品，那么它將具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

智能制造不同于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)和部署過(guò)程的開(kāi)環(huán)特性，即通過(guò)設(shè)計(jì)可靠的過(guò)程并仔細(xì)控制生產(chǎn)線上的所有輸入?yún)?shù)，盡可能地接近正確的操作條件。智能制造依賴于實(shí)時(shí)收集和共享信息的技術(shù)。該技術(shù)可以持續(xù)提供每個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)反饋，并最終提高傳輸效率。

當(dāng)激光焊接頭焊接的結(jié)果不一致時(shí)，測(cè)量裝置可以連續(xù)測(cè)量和報(bào)告生產(chǎn)過(guò)程中的工藝條件，從而實(shí)現(xiàn)快速干預(yù)甚至自動(dòng)修復(fù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)包括增加產(chǎn)量，減少對(duì)后續(xù)質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)的依賴（以及由此產(chǎn)生的成本和延遲），并提高對(duì)成品的信心。

圖3

激光焊接頭焊接實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程

雖然激光焊接頭技術(shù)已迅速被工業(yè)領(lǐng)域所接受，但能夠?qū)崿F(xiàn)在線決策的智能傳感技術(shù)仍然落后。多年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了適用于激光焊接頭焊接的各種監(jiān)測(cè)技術(shù)。更常見(jiàn)的方法之一是使用光電二極管傳感器來(lái)測(cè)量激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)射（包括來(lái)自熱金屬的黑體，焊接頭激光的反射光和某些情況下產(chǎn)生的等離子體），以表征熔池的穩(wěn)定性和鎖孔。 。

此外，還有許多預(yù)處理傳感器（線性掃描儀，基于CCD的焊接跟蹤，用于送絲焊接的觸覺(jué)傳感器）和后診斷分析（線性掃描儀，表面檢測(cè)相機(jī)，電磁聲換能器）以確認(rèn)材料可以正確地送入焊接頭焊接區(qū)域，焊接產(chǎn)品的結(jié)果是一致的。

但是，這些技術(shù)經(jīng)常遇到一些共同的限制。其中一些技術(shù)只能監(jiān)控焊接過(guò)程，但無(wú)法測(cè)量，這意味著這些技術(shù)只能應(yīng)用于一致性檢查。換句話說(shuō)，監(jiān)控系統(tǒng)可以通知用戶某個(gè)焊縫與用戶提供的標(biāo)準(zhǔn)樣品不一致，但不能提示差異的具體條件和原因以及其他有效信息。

此外，大多數(shù)傳感技術(shù)只能在焊接過(guò)程中監(jiān)控單個(gè)指示器。但是，通常需要在整個(gè)焊接過(guò)程中對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行采樣，以確保監(jiān)控的準(zhǔn)確性。在這種需求的背景下，有必要在焊接站中添加各種設(shè)備來(lái)監(jiān)控大量不同的數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生更多的成本，并且多個(gè)系統(tǒng)并行運(yùn)行，具有更高的復(fù)雜性。

更重要的是，上述技術(shù)都不能提供關(guān)于熔池形狀和材料表面下的鑰匙孔的具體信息。在大多數(shù)情況下，材料的內(nèi)部幾何形狀最終決定了焊接性能，以及焊接材料的強(qiáng)度（對(duì)于某些特定應(yīng)用）和導(dǎo)電性。

激光焊接頭焊接找到問(wèn)題的根源

作為傳感器領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，在線焊接監(jiān)控解決了激光焊接中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的諸多長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。這種新興技術(shù)使用低功率紅外光束精確測(cè)量通過(guò)與焊接激光器同軸的光路的距離。該技術(shù)可在焊接過(guò)程中完成測(cè)量。測(cè)量光束可以看到鎖孔的底部并直接測(cè)量穿透深度，這也是新一代焊接測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要特征。測(cè)量結(jié)果可以以毫秒為單位提供有關(guān)整個(gè)焊縫的大量信息，這與金相測(cè)試結(jié)果幾乎相同，而不會(huì)損壞樣品本身。

多功能是該技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。可以在激光束之前測(cè)量測(cè)量光束以獲得預(yù)焊接信息。焊接完成后，還可以測(cè)量以確認(rèn)成品焊縫的表面質(zhì)量。即使通過(guò)掃描，也可以以前所未有的簡(jiǎn)單性和準(zhǔn)確性生成樣本的3D圖像（圖1）。在線監(jiān)測(cè)可以與各種光束傳輸布局相結(jié)合，包括光學(xué)掃描系統(tǒng)和搖頭。

激光焊接頭焊接測(cè)量的靈活方式使得該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于不同的應(yīng)用是不同的。在汽車動(dòng)力總成的焊接過(guò)程中，焊接通常涉及昂貴的加工步驟，因此對(duì)原材料的數(shù)量影響很大。這種測(cè)量方法可以降低廢料的成本。提高對(duì)成品質(zhì)量的信心對(duì)于汽車關(guān)鍵安全部件的生產(chǎn)非常重要。在上述電動(dòng)車領(lǐng)域中，降低復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程中的廢品率并限制對(duì)重型和破壞性質(zhì)量控制過(guò)程的依賴可以快速提高生產(chǎn)能力。

圖2

激光焊接頭焊接快速跟蹤流程開(kāi)發(fā)

直接測(cè)量鍵孔不僅是實(shí)時(shí)質(zhì)量控制的有利工具。通過(guò)密切關(guān)注鎖孔狀態(tài)，焊接頭焊接的工藝工程師可以在測(cè)試過(guò)程中更方便，快速和迭代地開(kāi)發(fā)過(guò)程而無(wú)需冶金步驟。無(wú)需離開(kāi)焊機(jī)即可正確配置測(cè)試穩(wěn)定工藝所需的焊接參數(shù)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接工程師也可以在更短的時(shí)間內(nèi)制定出更高質(zhì)量的工藝解決方案。以復(fù)雜的焊接工藝為例，使用遠(yuǎn)程掃描振鏡，光束擺動(dòng)和單模激光焊接頭焊接不同的有色金屬合金（圖4）。

圖4顯示了使用在線焊接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)合焊接過(guò)程的測(cè)量結(jié)果。鎖孔穿透和動(dòng)力學(xué)的詳細(xì)圖片有助于在更短的時(shí)間內(nèi)鎖定正確的過(guò)程。在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用在線焊縫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得焊縫熔深，鎖孔穩(wěn)定性和焊縫表面質(zhì)量可以節(jié)省大量時(shí)間，避免花費(fèi)大量時(shí)間探索非工藝影響區(qū)域輪廓檢測(cè)可能會(huì)產(chǎn)生不良結(jié)果。當(dāng)需要在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)施該過(guò)程時(shí)，可以使用相同的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量并顯示特定細(xì)節(jié)。

圖4

激光焊接頭焊接展望未來(lái)

智能制造解決方案的需求在各行各業(yè)都在增加，激光焊接頭焊接傳感技術(shù)也在不斷發(fā)展。在線焊接監(jiān)控滿足先進(jìn)制造商當(dāng)前和未來(lái)的需求，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0。焊接過(guò)程中的滲透測(cè)量可以提供100％一致的測(cè)試結(jié)果和產(chǎn)品的破壞性測(cè)試結(jié)果，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量的信心，便于操作員做出靈活有效的決策。

簡(jiǎn)單靈活的測(cè)量方案可以為特定應(yīng)用定制標(biāo)準(zhǔn)工具，同步測(cè)量焊接過(guò)程的各種參數(shù)，并收集相關(guān)信息以確保產(chǎn)品質(zhì)量。焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的詳細(xì)數(shù)據(jù)圖像促進(jìn)了符合更嚴(yán)格規(guī)范的激光焊接頭焊接解決方案的發(fā)展。并將進(jìn)一步推動(dòng)激光焊接頭焊接工藝，以滿足未來(lái)的應(yīng)用需求。

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