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激光焊接质量实时监控技术得到进一步发展

激光焊接质量实时监控技术得到进一步发展

  • 发布时间:2021-03-12
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激光焊接质量实时监控技术得到进一步发展

激光焊接是一种适用于金属和热塑性塑料连接的焊接工艺,在高度自动化的生产中,例如在汽车工业中,激光已经特别成熟,因为 激光工作时几乎没有磨损,速度非常快,而且精度很高,但到目前为止,焊缝的质量只能通过X射线、磁分析方法或从生产过程中分 离单个样品来追溯记录,而当前采用的激光焊缝质量检测系统也只能通过焊接完成来对样品进行检测。若能实时监测焊接质量,这 将是一个技术进步。
在传导焊接中,只有材料的表面是熔融的,而在深熔焊接中,激光束可以快速深入地穿透到材料中,产生一个充满金属和气体蒸气 的小孔,这被称为“锁孔”,如果“锁孔”太深,金属蒸汽的蒸汽压力会随着熔融金属的表面张力增加而降低。“锁孔”会变得越 来越不稳定,最终会崩溃,在焊缝上留下一个小孔——这是材料中不想出现的缺陷。
因此,检测激光焊缝小孔何时变得不稳定对提高焊缝质量具有重要意义。到目前为止,还没有足够的技术能达到这种程度,只能用 光学方法从顶部观察锁孔。
欧洲金属加工厂商协会(EMPA)研究小组现在已经精确探测并记录了激光深熔焊的不稳定时刻。为了做到这一点,他们一方面使用 廉价的声学传感器,另一方面测量激光在金属表面的反射,研究人员表示,在人工智能(卷积神经网络)的帮助下,组合的数据将 在70毫秒内被分析。这使得激光焊接过程的质量可以实时监控。
该研究团队最近在欧洲同步加速器ESRF演示了他们监测方法的准确性。他们用激光在一个小铝板上熔化了一个锁孔,同时用硬X射线 对铝板进行扫描。整个过程用了不到百分之一秒的时间,由一台高速X光摄影机记录下来。

图片来源:欧洲金属加工厂商协会
一旦激光束击中金属,热传导焊接过程的第一阶段就开始了热量传导,只有表面是熔融的,随后会形成一个稳定的锁孔。有时,锁 孔会喷出液态金属,就像火山喷发一样。如果它以不受控制的方式塌陷,就会形成气孔。在实验中,研究人员成功在焊缝中制造出 小孔,然后用第二次激光脉冲再次将其闭合。研究人员表示制造出锁孔的成功率为87%,去除该锁孔的成功率为73%。
这种误差校正方法在激光焊接中极具应用前景。研究人员表示在他们之前,焊缝中的气孔只能在工作完成后才能被检测到,而现在 他们已经能够在焊缝过程中检测出小孔,用激光进行的后处理可以立即开始。
激光焊接质量实时监控系统如果能走上大规模应用,那么就可以大大减少了焊接缺憾,降低用户的焊接成本,提高焊接成品的良品 率,这对于生产厂家来说,至关重要,而目前所采用的视觉系统,除了对焊接进行定位外,也只能用于焊接成品的焊缝进行后工序 检测,而对于修复焊接缺憾并没有多大的辅助作用。

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