激光焊接范文1
1.1焊接光斑大
由于焊接区域很小，在实际生产过程中，放置产品的位置存在一定误差，为了保证焊接光斑不偏离焊接区域，就需要焊接光斑尽量小。经过大量实际生产验证，焊接光斑直径在0.4mm以下可以很好地解决上述问题。这就需要对激光器的光路部分进行改造，在减小焊接光斑的同时保证光束质量不变。
1.2焊接良品率低
手机扬声器弹片焊接的具体需求为：
（1）焊接拉力大于10N；
（2）不能击穿下层材料；
（3）光斑不能大于0.4mm。通过以上三个指标评价产品的良品率，不良品率应低于2%。在原有配置（激光棒直径7mm，传导光纤芯径400μm）条件下，不良率高达5%以上。
2改造方案及结果
2.1光学部分改造
首先需要解决光斑偏大的问题，结合聚焦光斑大小基本原理由此可见，若要得到较小的聚焦光斑，需要减小传导光纤的芯径D、增加扩束镜焦距f2及减小聚焦镜焦距f1。但是这些配置都不能随意更改，原因一：如传导光纤的芯径太小，将加大光纤耦合的难度，增加激光烧毁光纤的风险；原因二：扩束镜焦距的焦距直接决定了聚焦光束的焦深，焦距越大，焦深越短，这样激光束对工件的高低公差要求更高，不便于后续的工艺调试；原因三：聚焦镜的焦距直接影响到焊接的幅面，焦距越小，幅面越小。综合以上分析，结合实际需求，将外光路系统设计为光纤芯径D=0.2mm，扩束镜焦距f2=180mm，聚焦镜焦距f1=170mm，根据式可求得聚焦光斑为0.2mm，但是实际焊接的光斑约为0.45mm。仍然无法达到实际生产的要求。对激光器内部光学进行改造，常规的Nd:YAG焊接使用的激光棒直径（工作物质）为φ7mm。为了得到更小的光斑，将激光棒的直径改造成φ4mm，相应的结构件（如激光棒与腔体的连接件、密封圈等）也做一些改造。为提高装配的便利性及后期的稳定性，激光器腔体的大小也相应减小，使得与激光棒的配合更加紧密。在其他条件一样的情况下，激光棒直径为φ7mm时，焊接半径为0.22mm，如图2a所示。激光棒直径为φ4mm时，焊接半径为0.177mm，如图2b所示，相对于φ7mm的激光棒，光斑减小了20%以上，可以达到焊接光斑直径小于0.35mm的要求。
2.2焊接工艺优化
在光学部分改造后，为解决拉力不够10N和良品率低的问题，通过大量工艺测试，对生产工艺进行改造。在保持其他条件不变的情况下，对激光峰值功率、脉冲宽度、离焦量三因素进行三水平正交试验，所取因素水平见表1，并分析其对焊接拉力及良品率的影响。当激光峰值功率较低，为800W时，产品的不良率主要是平均拉力小造成的，无击穿现象发生，表明峰值功率对焊接拉力大小起到主要因素。当峰值功率较大，为1000W时，主要的不良率是由于击穿现场产生的，这是因为下层材料本身很薄（0.08mm），功率稍大，即容易击穿（脉冲激光的激光功率稳定性一般在3%左右）。脉冲宽度主要影响焊接光斑的大小及拉力的大小，脉宽越宽表示单个脉冲与材料的作用时间越长，这样焊接光斑较大，拉力也较强，但是由于工件本身焊接的区域较小，要求焊接光斑小于0.35mm。所以在保证上层材料光斑大小一定的情况下，需要优化工艺参量，使得下层材料的熔缝宽度足够大（将上下两层材料拉拖开，测试下层材料的熔缝宽度大小）。其结果如图3所示，图3a是脉冲宽度为1.5ms时下层材料的熔缝宽度，半径为0.08mm；图3b是脉冲宽度为2.0ms时下层材料的熔缝宽度，半径为0.112mm。拉力测试表明图3b的熔缝宽度的拉力比图3a的大30%。这两种不同的熔缝宽度表明了上下两层材料之间的熔合面积不同，直接对焊接拉力的大小产生影响。
3结论
（1）改造激光器外部光路及内部光路，具体改造方案为光纤芯径D=0.2mm，扩束镜焦距f2=180mm，聚焦镜焦距f1=170mm，激光棒直径由φ7mm改造为φ4mm，达到了焊接光斑小于0.35mm的要求。
激光焊接范文2
关键词：激光焊接 工艺 质量
0 引言
激光焊接与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。
1 激光焊接的一般特点
激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：①激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；②激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；③激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；④激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；⑤激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；⑥激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；⑦激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；⑧激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。
2 激光焊接工艺与方法
2.1 双/多光束焊接 双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来，随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。
2.2 激光－电弧复合焊 激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光－电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。其特点在于：
可降低工件装配要求，间隙适应性好。
有利于减小气孔倾向。
可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。
电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高。
利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或异种材料有重要意义。
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，但最大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。
激光焊接范文3
罗勇1唱丽丽2
1．东北大学机械工程与自动化学院辽宁 沈阳110000
2．沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁 沈阳110000
摘要：远程激光加工技术是近年来发展极其迅速的激光加工新技术，通过普通激光焊接与远程振镜式激光焊接技术的比较，对远程振镜式激光焊接技术进行深入分析，从而总结出其具有高速度、高灵活性和高柔性等特点，希望对那些有提高生产效率并降低运营成本需求的企业以帮助。
关键词：远程激光焊接；远程振镜式激光焊接头；激光；
激光加工发展至今已近半世纪，随着第一台激光器的成功发明，各种不同种类的激光器不断涌现，激光器及其应用技术是集光、机、电等多门学科技术，是一部典型的学科交叉的创造发明史，目前激光的应用已经遍及到人们生活的各个领域，远远超出了人们原有的想象。现今国际上德国的激光加工的相关技术比较成熟，现已拥有十分成熟的激光加工产品与技术。
随着激光加工技术的发展，人们对激光加工速度、加工灵活性和柔性的要求也越来越高。远程振镜式激光焊接头也应运而生，满足了人们对高的激光加工速度、加工柔性和加工灵活性的要求。远程激光焊接柔性加工自动化成套装备集成了光纤激光器、远程焊接头及机器人，应用于白车身、车门及汽车座椅等冲压钣金的高速激光焊接，代替电阻点焊工艺。这个新的工艺技术和装备的应用，改变了传统钣金的结构设计，有效减轻了汽车内部钣金的重量，其中座椅的T 形焊的钣金件比传统电阻焊的部件减少了1/3；其焊接速度是传统点焊的6到10倍，原来用五套焊接机器人及电阻焊系统进行焊接，现在仅用一套柔性激光焊接装备，焊接效率和焊接质量大幅度提高，同时降低了设备采购成本和运营成本。
例如德国某汽车制造公司将生产线改造升级的过程，在过去的车身焊接是采用的传统的点焊机，在2003 年则升级为利用 LP－Nd ：YAG 激光－机器人焊接系统，这样原来9 台点焊机完成的工作量由3 台激光焊接系统就可以完成，而现在则引进了激光焊接中最先进的机器人远程激光加工系统完成同样的工作量，投入的成本仅为原来的一半[1] 。
现今，最著名的激光远程加工头是Trumpf 公司生产的PFO 激光加工头（图1.1）。2009年6月份，HIGHYAG 公司也推出了自己生产的激光远程加工头是名为RLSK 激光加工头（图1.2）。
图1.1 Trumpf 公司的PFO 激光加工头 图1.2HIGHYAG 公司的RLSK 激光加工头
远程激光加工头的有两种类型，一种是采用双振镜的方式实现；另外一种采用的是可移动式聚焦镜和单反射镜的方式实现。光纤输出的激光经准直，聚焦后直接打到反射镜，通过反射镜的横向旋转来实现加工平面的x 轴方向的运动，y 轴方向的运动则由加工头的纵向旋转来 控制；而采用双振镜方式则是使用两片振镜分别控制 x轴和 y轴方向的运动，激光经过准直镜准直后再通过双振镜的旋转来控制光线的位移，聚焦镜放在两片振镜之后，此处的聚焦镜即为场镜，可起到平场的作用，双振镜的焦点补偿通常是通过准直镜的移动来实现的。这两种方式各有特色，单振镜系统做起来更加便捷，双振镜的系统可不必移动准直镜而达到平面焊接任意图形的目的，但保护镜片面积较大，极容易被污染及破坏。
根据行业调查，采用激光焊接取代点焊来焊接车身则车身板材的设计结构相对更加简洁，同时节省钢材，据统计每辆车在采用激光焊接时结构改造所节省的钢材达到40kg 以上，大大减少了汽车的成本；在焊接速度上激光焊接也占据着巨大的优势，采用传统点焊时焊接的速度较慢，平均约为0.5m/min，而采用激光焊接时焊接的速度可达的5m/min，甚至更快，大大的提高了生产效率。综上，由于激光加工的种种优势及特点而广受汽车制造厂商的青睐。远程激光焊接技术发挥了非接触式单侧激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合，大大缩短了焊接时间，在整个焊接流程中增加了总生产效率。
例如大众Passat B6车型的后车台板由三个部件组成，这些部件可采用电阻点焊或激光焊接。大众采用来自TRUMPF公司的一台TruDisk激光焊机和一套光学振镜扫描装置，来代替点焊所需的4个机械臂和5台电阻焊枪，同样完成35个焊点的焊接，结果是：TRUMPF的激光焊机的焊点连接更为牢固，而且焊接速度提高3倍左右（点焊需要35s，而激光扫描焊只需13s），车身焊接质量更是日趋完美。
结论
随着激光加工技术的不断发展，远程振镜式激光焊接技术以其高速度、高灵活性和高柔性的特点，被广大汽车厂商认可其能够提高生产效率，降低运营成本；综上所述希望对那些有提高生产效率并降低运营成本需求的企业以帮助。
作者简介：罗勇(1983-),男,辽宁省沈阳市人,东北大学机械工程与自动化学院,硕士；
激光焊接范文4
【关键词】激光焊接焊接特性 应用
中图分类号：E933.43文献标识码：A 文章编号：
激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。激光焊以其高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点，在工业中充分发挥了其先进、快速、灵活的加工特点，不仅在生产率方面高于传统焊接方法，而且焊接质量也得到了显著的提高。激光焊接技术发展到今天，其逐步取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方法的趋势已不可逆转。在21世纪中，激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。
一、激光焊接的基本特征
1、激光焊接属非接触加工，与接触焊工艺相比，无电极、工具等的磨损消耗，不需对工件加压和进行表面处理，无加工噪声，对环境无污染。
2、焊点小、能量密度高、适合于高速焊接加工，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。
3、焊接时间短，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合焊接高熔点、高硬度的特种材料。
4、焊接时无需屏蔽或真空环境，能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。
5、激光焊缝力学性能好，力学性强于母材。焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且表面状态好，免去焊后清理等工作。
6、极适合于精密件、箱体件和有密封要求焊接件的加工。
7、对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接，实现自动化。可焊接难熔材料如钛、石英等，效果良好。
8、通过光纤实现远距离、可焊接难以接近的部位，实施非接触远距离焊接；光束易于控制、焊接定位精确，很容易搭载到自动机、机器人装置上。
二、常见金属材料的激光焊接特性
激光焊接适用于多种材料的焊接，激光的高功率密度及高焊接速度，使得激光焊缝、热影响区都很小。掌握好一些变化规律，就可以根据对焊缝组织的不同要求来调整焊缝的化学成分，通过控制焊接条件来获得最佳的焊缝性能。
1、碳钢
低碳钢和低合金钢都具有教好的焊接性，但是采用激光焊接时，材料的含碳量（碳当量）不应高于0.25%。对于碳当量超过0.3%的材料，焊接冷裂纹倾向会加大，设计中考虑到焊缝的一定收缩量，有利于降低焊缝和热影响区的残余应力和裂纹倾向。
碳当量大于0.3%的材料和碳当量小雨0.3%的材料在一起焊接时，采用偏置焊缝形式有利于限制马氏体的转变，减少裂纹的产生。材料碳当量超过0.3%时，减小淬火速度也可以减小裂纹倾向。
表面经过渗碳处理的钢由于其表面的含碳量较高，极易在渗碳层产生凝固裂纹，通常不适用激光焊接。
2、不锈钢
奥氏体不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3，吸收率比碳钢高。因此，奥氏体不锈钢可获得比普通碳钢深一点的焊接熔深。激光焊接热输入量小，焊接速度高，非常适合于Ni-Cr系列不锈钢的焊接。
马氏体不锈钢的焊接性差，焊接接头通常硬而脆，并由冷裂纹倾向。在焊接含碳量大于0.1%的不锈钢时，预热和回火可以降低冷裂纹和脆裂倾向。
铁素体不锈钢，激光焊接通常比其他焊接方法容易焊接。
3、铜、铝及其合金
紫铜对CO2激光的反射率很高，但对YAG激的反射率很低，所以用激光焊接紫铜还是有可能的。另外，可以通过表面处理来提高材料对激光的吸收。
黄铜的不可焊性是因为其锌的含量超出了激光焊接允许的范围，锌有相对较低的熔点，容易汽化，会导致大量的焊接缺陷如气孔产生。
由于铝合金的发射较高和导热系数很高，铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度。但是，许多铝合金中有易挥发的元素，如硅、镁等，焊缝中都有很多气孔。而激光焊接纯铝时不存在以上问题。
三、激光技术在焊接中的具体应用
目前激光焊应用领域逐渐扩大，主要应用于: 制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、航空航天工业、造船工业。
1、制造业应用
激光拼焊(Tailored Bland Laser Welding)技术在国外轿车制造中得到广泛的应用。据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条,年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高的速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。
2、粉末冶金领域
由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其他零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在20 世纪80年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
3、汽车工业
德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80 年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，20世纪90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。
激光焊接还广泛应用到变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造，成为汽车零部件制造的标准工艺。我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术，而且从激光焊接技术本身研究的角度看，我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展, 激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。
4、电子工业
激光焊接在电子工业中,特别是微电子工业中得到了广泛的应用。在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性。在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1 mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多，而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。
5、生物医学
生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。激光焊接作为一种焊接牙科合金的新技术，经过十余年的设备改进、技术更新，在口腔修复领域的应用日趋成熟。
6、航空航天工业
美国在20世纪70年代初的航空、航天工业中即已利用15kW的CO2激光器针对飞机制造业中的各种材料、零部件，进行焊接试验及评估工艺的标准化。近年来，新的应用成果是铝合金飞机机身的制造，用激光焊接技术取代传统的铆钉, 从而减轻飞机机身的重量近20%，提高强度近20%。
7、造船工业
造船业是激光焊接应用的一个重要领域。造船的主要工艺是焊接。采用激光焊接的优点在于可得到高强度的焊件，从而在设计上可减小所用材料的厚度，达到轻重量、高强度的目标。
在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，如含有线路板的塑料制品、医疗设备等均可采用激光焊接。
四、结束语
激光加工是21世纪一门发展极快的新制造技术，必将对我国传统工业的技术改造、新兴工业领域以及制造业的现代化提供先进的技术装备，在现有的激光焊接技术的基础上还应该继续对传统的焊接工艺进行技术改造，使激光焊接可以发挥出更好的优势，获得越来越广泛的应用。
参考文献：
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激光焊接范文5
关键词：激光焊接；车灯；FMEA；品质管理
引言
近年来随着全球汽车市场需求的扩大，在汽车智能化进程加速推进的同时，以激光技术为代表的先进制造技术也在不断推动汽车制造业的更新换代，先进激光制造技术与汽车生产的结合已是大势所趋。激光焊接技术于2002年10月首次引入中国，并迅速在车身焊接领域崭露头角，而其在车灯领域的应用也在迅速发展。
1 车灯领域激光焊接技术概要
1.1 原理
车灯领域的激光焊接焊接的对象为树脂，其他原理与车身焊接相同。它是将待焊接的两个或多个树脂部件通过激光产生的热能使树脂部件熔化并完全粘合的技术，以此实现车灯的良好密封性。
其步骤分为：（1）将待焊接的两个部件通过治具夹具固定。（2）上下治具闭合，将部件夹紧在一起，然后以近红外线激光NIR（波长810-1064nm），透射过第一个部件，然后被第二个部件吸收所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个部件的接触表面熔化，形成焊接区。（3）施加压力，使焊接区牢固。
1.2 特点[2]
优点：（1）能量集中，多余能耗极小。（2）熔化树脂体积小，产生多余树脂屑少。（3）因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形皆可降至最低。（4）激光路径可通过简单光学折射原理控制，因此适用于各种形状的产品。（5）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件。（6）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。（7）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。（8）可以切换装置将激光源共享在多个设备上。
缺点：（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。（2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置在公差允许范围内。（3）树脂材料的颜色会对焊接性有影响。（4）设备昂贵。
可见激光焊接在满足车灯密封性的前提下，在外观，节能环保以及适用面广等多方面都存在优势。但由于精度高，需要相应产品及夹治具有严格的尺寸公差要求。
2 车灯焊接技术FMEA
2.1 FMEA是什么
在企业实际的质量管理体系运作中，虽然都会去编制一份有关“预防措施”的形成文件的程序，但真正可以达到预见性地发现较全面的潜在问题通常存在较大难度。为能有效地实施“预防措施”，使可能存在的潜在问题无法出现，需要一个从识别问题到控制潜在影响的管理系统，其制定方法即“潜在失效模式及后果分析”，或简称为FMEA[3]。
2.2 为何要将FMEA应用到车灯激光焊接技术中
（1）生产条件要求高。激光焊接技术对尺寸位置精度的要求是多方面的，首先要对焊接部全周的激光路径进行模拟，结合焊接部的形状，可以计算出允许的位置偏差量。而实际生产中不但要考虑产品本身的变形，还要考虑到使用夹治具等所有有可能产生位置偏差的尺寸及公差。同时激光设备及加压设备的参数设定也较复杂。（2）使用条件差异大。现如今激光焊接技术在车灯行业内的应用虽已趋于成熟，但由于车灯形状不同，与车体间的连接方式不同等原因，不同地域，不同使用条件下。所以在量产前需要一系列的方法去评估该产品是否达到可量产的条件。
3 激光焊接量产前评估方法介绍
常见的评估方式有：应力分析，作业条件分析，拉伸强度测定，焊接沉入量测定等方法[3]。
3.1 应力分析
车灯与车身一般通过螺栓连接，在安装时车灯会受力并无法释放，导致车灯内长期存在应力。此应力作用于焊接部上，有导致焊接部分离的可能。因此在产品设计阶段应通过模拟软件对灯具在安装时可能产生的应力进行模拟分析。若应力大小低于安全值则判定为合格。
3.2 作业条件分析
激光焊接工程在实际生产过程中需要考虑各种可能导致焊接不良问题的发生，常见需要考虑的问题有：作业尺寸，激光入射角度，激光折射角度，光源位置，加压角度，加压力，治具尺寸公差，作业员安全性等。其中治具尺寸公差虽然微小，但不可忽略，它与激光能否有效进入焊接部是息息相关的。产品在设计时应考虑极限位置偏差状态下，激光是否保证全周都可以有效进入焊接部，而不发生能量损失甚至反射。
3.3 拉伸强度分析
汽车作为最常见的交通工具，消费者在颠簸的路面高速行驶等恶劣条件下，也要保证车灯各项性能达标。所以即使气密检查合格也需要对焊接部的拉伸强度进行评价分析，评价方法为：将车灯的焊接部分段切割，固定一侧，利用拉伸力计强行将焊接部件拉致脱离焊接部，测定该力是否高于安全值。
3.4 焊接压入量分析
激光焊接设备的参数设定较为复杂，时间，压力，位移量都会影响焊接质量。其中位移量可以通过切割断面测量，可以直观的判断压入量与拉伸强度间的关系。其方法为将焊接区分段切割成几部分，并将断面打磨至可清晰分辨出两种材质分界线的状态，测量压入被溶化部件的压入量是否高于安全值。
上述四种方法需同时判断合格后才可以判断为具备量产条件，并且每项评价内容需测定n=25以上的工程能力值。
4 激光焊接量产品质管理方法
在激光焊接各项品质均达到要求后，产品进入量产阶段，但量产中产品形状变更，生产场地变更等情况时有发生，因为激光焊接的精密性，每一个微小的变化都有影响焊接品质的可能，所以在产品进入量产阶段后也要持续对焊接品质进行评估。其常用评估方法有：气密检查法，吹爆试验法，破坏试验法等。
4.1 气密检查法
气密检查法是将完成激光焊接的部件放置于治具上，对开口部进行加压，观察气压计读书是否发生变化，气压保持不变判断为合格。此方法适用于各种焊接工艺，一般对全品进行检查。
4.2 吹爆试验法
吹爆试验法是指从开口部对完成激光焊接的部件进行充气，直至焊接部破裂，观察气压计的最大读数作为破坏瞬时气压，判断该压力是否高于安全至。此法一般仅对首末件进行检查。
4.3 破坏试验法
破坏试验法是将完成激光焊接的部件用锤子等工具破坏，并将激光透过的部件强行从被溶化部件剥离，观察剥离后的结合部状态，是否焊接部全周均为脆性破坏。此法一般仅对首末件进行检查。
5 结束语
文章通过对国内车灯企业的调查，发现大部分车灯制造商都意识到激光焊接技术在车灯领域的优势，并或多或少在一些车型上有所尝试，但与此同时新技术引入所产生的隐患在一些制造商中未能被很好的意识到，导致因焊接品质不良发生漏水，导致一些客户投诉的情况发生。通过对激光焊接技术较成熟的制造商的调查，意识到先进的生产技术必须要以先进的品质管理技术支持才能真正发挥其优势。
参考文献
[1]许文涛，等，激光焊接的工作原理及其主要工艺参数[J].中国机械，2010.
[2]李康.环保灯具设计[J].设计与创新，2012.
激光焊接范文6
[关键词]激光深熔焊 激光功率 光束焦斑 材料吸收值 焊接速度 保护气体 透镜焦距 焦点位置 激光束位置
中图分类号：TG457 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0008-01
1 前言
激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm2为热传导焊，该种焊接方式熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有能量密度高、焊接速度快、深宽比大的特点。基于以上两种激光焊接形式的技术特点，结合轨道车辆不锈钢薄板搭接接头保证强度及要求严格外观质量的两方面要求，轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接形式为激光深熔焊接。
2 主要工艺参数
基于轨道车辆不锈钢搭接接头的激光焊接技术特点，分析激光焊接主要工艺参数对焊缝质量的影响，并提出控制措施。
2.1 激光功率
在光斑直径一定的前提条件下，激光功率密度的大小取决于激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，焊接以热传导型进行，熔深很浅，无法应用于不锈钢搭接接头焊接。当工件上的激光功率密度超过阈值，产生小孔并形成等离子体，熔深大幅度提高，可以实现稳定的深熔焊接；当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深大幅波动，严重影响焊接质量。因此要实现轨道车辆不锈钢搭接接头连续稳定焊接，较高激光功率条件下的激光深熔焊接是应用于轨道车辆不锈钢搭接接头焊接的主要形式。在光束焦斑直径一定的情况下，较高的激光功率可保证激光功率密度超过激光功率密度阈值，保证稳定一致的熔深。
2.2 光束焦斑
光束焦斑大小是激光焊接的最重要变量之一，直接决定功率密度的高低。对于激光深熔焊，同等激光功率条件下，较小的光束焦斑直径可以获得较高的功率密度，进而保证以较小热输入量来获得既满足强度指标，又满足外观要求的部分熔透搭接接头。
2.3 材料吸收值
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数；其次，材料的表面光洁度对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
2.4 焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使热量不足造成熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化造成搭接接头外部痕迹明显，严重时甚至造成工件焊穿。所以，对于一定厚度的不锈钢搭接接头，在激光功率一定的条件下，焊接速度有一定的适用范围，保证下层板焊接熔深控制在（0.15-0.4）T（T为下层板板厚）。
2.5 保护气体
不锈钢搭接接头激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射，同时驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。通常使用氦、氩、氮三种保护气体。氦气价格较贵、电离能较高，因气体密度最小所以熔池保护效果一般，但因不易电离可有效抑制气体电离以让激光顺利通过，保证光束能量不受阻碍地直达工件表面，从而增加熔深，提高焊接速度，由于质轻而能逸出，不易造成气孔；氩气比较便宜，密度较大，熔池保护效果较好，但易受高温金属等离子体电离，屏蔽部分光束射向工件，造成激光能量部分损失，也制约了焊接速度的提高及熔深的增大，氩气保护条件下等离子云对熔深影响在低焊接速度区最为明显，当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。氮气作为保护气体最便宜、密度适中、电离度介于氦气和氩气之间，适用于不锈钢搭接接头激光焊接，但有时会在搭接区易产生气孔。
2.4 透镜焦距
焊接时通常采用聚焦方式汇聚激光，一般选用254-380mm（10”-15”）焦距的透镜。光束焦斑大小与焦距成正比，焦距越短，焦斑越小。但焦距长短也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距虽可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的距离，不利于通长焊缝焊接过程的工艺稳定性，同时过小的焦深易造成激光头距离工件间距过小导致工件无法有效压紧，也会导致焊接过程中产生的飞溅物影响反射镜表面污染，轨道车辆不锈钢激光焊搭接接头实际焊接使用的透镜建议焦距至少为254mm（10”）。
2.5 焦点位置
焦点位置也称为离焦量。焦点处功率密度最高，激光焊接时为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。在大多数激光焊接应用场合，通常将焦点的位置设置在工件表面之下约所需熔深的1/4处。
2.6 激光束位置
对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏感。有些应用场合，被焊接工件的几何形状需要激光束偏转一个角度，当光束轴线与接头平面间偏转角度在100°以内时，工件对激光能量的吸收不会受到影响。
2.7 焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制
激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。 为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率在一段时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。
3 激光深熔焊技术特点
针对轨道车辆不锈钢搭接接头，激光深熔焊具有显著的技术特点，主要表现在：
1）高的深宽比，保证外露表面几乎无焊接痕迹，保证无涂装不锈钢轨道车辆的商品化效果。
2）最小热输入保证最小的焊接变形，不锈钢车辆表面平面度指标由传统车辆的2mm/m提升至1mm/m。
3）高的功率密度保证焊缝组织的高致密性，焊缝强度、韧性和综合性能高，保证焊接接头强度和性能指标远远高于同类电阻点焊和电弧焊接头。
4）强固焊缝。因为炽热热源和对非金属组分的充分吸收，降低杂质含量、改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。焊接过程无需电极或填充焊丝，熔化区受污染少，使得焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅拌和气体逸出，导致生成无气孔的熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织细微化。
5）激光光束可实现精确控制并可实现非接触的大气焊接过程。因为聚焦光点很小，焊缝可以高精确定位。激光输出无“惯性”，可在高速下急停和重新起始，用数控光束移动技术则可焊接三维复杂工件。
4 结论
结合轨道车辆不锈钢搭接接头的技术要求，分析激光深熔焊接各工艺要素对激光搭接接头的影响，提出激光功率、光束焦斑、材料吸收值、焊接速度、保护气体、透镜焦距、焦点位置、激光束位置以及焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制等相关要素的工艺控制措施和要求，对轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接工艺的制定有重要的工程应用价值和参考意义。
参考文献
