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)快速增長的新興市場。在蓬勃發(fā)展的電動汽車工業(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汽車的可達(dá)性和整體性能的驅(qū)動因素。

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，正在不斷推動該技術(shù)在金屬連接技術(shù)中的發(fā)展。對于充分利用激光焊接頭優(yōu)勢并具有前瞻性的制造商而言，下一個問題是如何進(jìn)一步提高產(chǎn)量并在競爭中保持領(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”，對該技術(shù)的需求不斷增加，以實(shí)現(xiàn)決策的自動化和分散化。

在電動汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)性增長的背景下，這種需求尤為明顯。傳統(tǒng)的電動汽車焊接頭焊接工藝涉及許多挑戰(zhàn)：有色金屬合金，混合材料以及每個接頭的嚴(yán)格機(jī)械和電氣性能要求。此外，由于每個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。

智能制造不同于傳統(tǒng)開發(fā)和部署過程的開環(huán)特性，即通過設(shè)計(jì)可靠的過程并仔細(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)時收集和共享信息的技術(shù)。該技術(shù)可以持續(xù)提供每個子系統(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，測量裝置可以連續(xù)測量和報告生產(chǎn)過程中的工藝條件，從而實(shí)現(xiàn)快速干預(yù)甚至自動修復(fù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)包括增加產(chǎn)量，減少對后續(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），并提高對成品的信心。

圖3

激光焊接頭焊接實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)過程

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，市場上出現(xiàn)了適用于激光焊接頭焊接的各種監(jiān)測技術(shù)。更常見的方法之一是使用光電二極管傳感器來測量激光焊接過程中產(chǎn)生的發(fā)射（包括來自熱金屬的黑體，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傳感器）和后診斷分析（線性掃描儀，表面檢測相機(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)控焊接過程，但無法測量，這意味著這些技術(shù)只能應(yīng)用于一致性檢查。換句話說，監(jiān)控系統(tǒng)可以通知用戶某個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)只能在焊接過程中監(jiān)控單個指示器。但是，通常需要在整個焊接過程中對許多參數(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（對于某些特定應(yīng)用）和導(dǎo)電性。

激光焊接頭焊接找到問題的根源

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)時數(shù)據(jù)采集的諸多長期挑戰(zhàn)。這種新興技術(shù)使用低功率紅外光束精確測量通過與焊接激光器同軸的光路的距離。該技術(shù)可在焊接過程中完成測量。測量光束可以看到鎖孔的底部并直接測量穿透深度，這也是新一代焊接測量技術(shù)的一個重要特征。測量結(jié)果可以以毫秒為單位提供有關(guān)整個焊縫的大量信息，這與金相測試結(jié)果幾乎相同，而不會損壞樣品本身。

多功能是該技術(shù)的另一個關(guān)鍵優(yōu)勢。可以在激光束之前測量測量光束以獲得預(yù)焊接信息。焊接完成后，還可以測量以確認(rèn)成品焊縫的表面質(zhì)量。即使通過掃描，也可以以前所未有的簡單性和準(zhǔn)確性生成樣本的3D圖像（圖1）。在線監(jiān)測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。

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

直接測量鍵孔不僅是實(shí)時質(zhì)量控制的有利工具。通過密切關(guān)注鎖孔狀態(tài)，焊接頭焊接的工藝工程師可以在測試過程中更方便，快速和迭代地開發(fā)過程而無需冶金步驟。無需離開焊機(jī)即可正確配置測試穩(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)測系統(tǒng)的復(fù)合焊接過程的測量結(jié)果。鎖孔穿透和動力學(xué)的詳細(xì)圖片有助于在更短的時間內(nèi)鎖定正確的過程。在工藝開發(fā)過程中，采用在線焊縫監(jiān)測系統(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)省大量時間，避免花費(fèi)大量時間探索非工藝影響區(qū)域輪廓檢測可能會產(chǎn)生不良結(jié)果。當(dāng)需要在生產(chǎn)過程中實(shí)施該過程時，可以使用相同的測量系統(tǒng)來跟蹤產(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

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)前和未來的需求，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0。焊接過程中的滲透測量可以提供100％一致的測試結(jié)果和產(chǎn)品的破壞性測試結(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。

簡單靈活的測量方案可以為特定應(yīng)用定制標(biāo)準(zhǔn)工具，同步測量焊接過程的各種參數(shù)，并收集相關(guān)信息以確保產(chǎn)品質(zhì)量。焊接動態(tài)過程的詳細(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)一步推動激光焊接頭焊接工藝，以滿足未來的應(yīng)用需求。

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