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《激光點焊焊點質(zhì)量監(jiān)測與控制研究_1》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第1章緒論第1章緒論1.1引言點焊技術(shù)是目前連接薄板搭接接頭的一種最主要的連接方法，作為一種成熟的焊接工藝在各種工業(yè)生產(chǎn)中的應用都非常廣泛。點焊的種類非常多，有傳統(tǒng)的電阻點焊、電弧點焊，也有近幾年發(fā)展迅速的激光點焊、攪拌摩擦[1-5]點焊和復合點焊等。目前傳統(tǒng)的電阻點焊依然是最主要的點焊方法，例如在一臺汽車中就存在3000-4000個電阻點焊焊點，大約需要200-300個點焊機器人。針對不同材料和接頭形式，各種點焊方法都有其獨特的優(yōu)勢，但也都存在各自的缺點。其中點焊的過程控制和焊點質(zhì)量判別為最突
2、出的難點。以電阻點焊為例，焊接參數(shù)包括焊接電流、電壓，電極壓力及形狀，脈沖周期等多種參數(shù)，因此焊點成形受電、力、熱等多種因素的影響，控制起來非常困難。另外由于焊點的封閉性，人們無法從外觀判斷焊點質(zhì)量，無損檢測手段匱乏，只能通過破壞性檢驗來判別焊點質(zhì)量，在生產(chǎn)中就會導致成[6-9]本增加，工期延長。激光點焊技術(shù)作為一種新型的點焊方法已經(jīng)在微電子行業(yè)中的連接和封裝上得到了規(guī)模化的應用，這種點焊技術(shù)一般也被稱為微連接或微點焊，使[10-12]用的點焊功率都在幾十瓦以下，脈沖持續(xù)時間為ms級別。近幾年，
3、隨著大功率激光器的開發(fā)和應用，激光點焊技術(shù)的應用對象開始由最初的電子元器件擴大到一些航空產(chǎn)品和汽車工業(yè)中的薄板搭接接頭的連接上。作為一種新型的點焊方法，激光點焊與傳統(tǒng)電阻點焊和新型攪拌摩擦點焊的比較優(yōu)勢如表1-1所示，由于采用激光作為熱源，因此焊點深寬比大，變形小，特別是單面非接觸式的焊接方法可以極大地增強點焊工藝對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的適應性，提高生產(chǎn)效率。對此德國Fraunhofer激光技術(shù)中心專門進行過比較，采用激光點焊技術(shù)可以達到每分鐘點焊240個焊點，且焊點排布方式更靈活，[13]焊點間距、邊距等
4、約束條件的限制有所降低。激光點焊技術(shù)所具有的這些獨特優(yōu)勢使其可以在很多領域替代傳統(tǒng)的點焊方式。由于激光點焊技術(shù)在結(jié)構(gòu)件上的應用剛剛起步，因此對于厚度在0.5mm以上的各種材料激光點焊焊接特性和質(zhì)量監(jiān)測的研究還不充分。隨著應用需求的增加，國內(nèi)外研究者開始針對激光點焊技術(shù)進行了多方面的研-1-哈爾濱工業(yè)大學博士學位論文究和開發(fā)，目前研究重點主要集中在工藝參數(shù)對焊點成形的影響、焊點力學性能、脈沖波形控制焊點內(nèi)部缺陷、點焊過程質(zhì)量監(jiān)測、以及點焊過程數(shù)值模擬等幾個方面。與激光連續(xù)焊接相比，激光點焊時能量集
5、中于一點輸入，因此在點焊過程中熔池、匙孔、等離子體等激光焊接特征都處于一個動態(tài)變化階段，造成各種傳感信號特征的采集和識別都較為困難，而且焊點內(nèi)部也容易形成氣孔、裂紋等缺陷，因此實現(xiàn)點焊過程質(zhì)量監(jiān)測和控制是目前亟待解決的問題。表1-1各種點焊方法的比較Table1-1Comparisonofdifferentspotweldingtechnologies點焊方法點焊方式焊點形態(tài)焊接變形自動化程度電阻點焊雙面接觸封閉式焊點較大較高激光點焊單面非接觸熔透焊點較小較高攪拌摩擦點焊單面接觸未熔透焊點較小一
6、般1.2激光點焊技術(shù)的研究現(xiàn)狀激光點焊是以激光作為熱源，激光束通過透鏡聚焦后作用于工件表面一點位置，通過一定的點焊時間熔化工件形成焊點。激光點焊的主要工藝參數(shù)為激光功率和點焊時間，點焊時中也存在一些其它影響因素，例如離焦量、板間間隙、保護氣流量等等。由于不同反射率的材料對激光能量的吸收效率[14]存在一些差異，因此不同材料的點焊性能也會有很大的區(qū)別。1.2.1激光點焊焊接特性由于都以激光作為熱源，因此各種材料的激光點焊焊接特性與激光連續(xù)焊接較為類似，一般的黑色金屬如低碳鋼、不銹鋼等材料對激光的吸
7、收性能較好，點焊過程較為穩(wěn)定。但是由于激光點焊屬于定點加熱，因此激光點焊時工件某一點位置的熱輸入量要高于激光連續(xù)焊接，這對于一些低熔點材料如鋁合金和鎂合金來說，激光點焊過程中材料的燒損量較大，容易產(chǎn)生氣孔、裂紋、下塌等缺陷，特別是鋁合金材料對激光的反射率較高，導致點焊過程的穩(wěn)定性較差。日本大阪大學的AkiraMATSUNAWA和加拿大滑鐵盧大學的Duley等-2-第1章緒論[15,16]人對激光點焊技術(shù)的應用及理論研究進行了總結(jié)。他們認為激光點焊技術(shù)已經(jīng)展示了其特有的優(yōu)勢，在薄板接頭的連接上有很
8、大的應用潛力。圖1-1給出了厚度為4mm的碳鋼、不銹鋼、鋁合金和鈦合金的對接點焊焊點表面和橫截面形貌，他們認為影響焊點成形的主要工藝參數(shù)為激光能量、脈沖周期和光斑直徑。焊點中也存在一些缺陷，主要為氣孔、裂紋和下塌，金屬的蒸發(fā)損失和飛濺是導致下塌的主要原因。而氣孔和裂紋的產(chǎn)生原因則是由于點焊的加熱和冷卻速度極快，熔池中的氣泡無法在匙孔閉合前溢出。[15]圖1-1不同材料激光點焊焊點表面和橫截面形貌Fig.1-1Surfaceappearanceandcrosssectionoflaserspotw
