改善和发展激光焊接的新技术

以下几项技术有助扩展激光焊接的应用范围及提高激光焊接自动控制水平

1.填充焊丝激光焊

激光焊接一般不填充焊丝，但对焊件装配间隙要求很高，实际生产中有时很难保证，限制了其应用范围。采用填丝激光焊，可大大降低对装配间隙的要求。例如板厚2mm的铝合金板，如不采用填充焊丝，板材间隙必须为零才能获得良好的成形，如采用φ1.6mm的焊丝做为填充金属，即使间隙增至1.0mm，也可保证焊缝良好的成形。

此外，填充焊丝还可以调整化学成分或进行厚板多层焊。

2.光束旋转激光焊

使激光束旋转进行焊接的方法，也可大大降低焊件装配以及光束对中的要求。例如在2mm厚高强合金钢板对接时，容许对缝装配间隙从 0.14mm增大到0.25mm；而对4mm厚的板，则从0.23mm增大到0.30mm。光束中心与焊缝中心的对准允许误差从0.25mm增加至0.5mm。

3.激光焊接质量在线检测与控制

利用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接过程进行检测，近年来已成为国内外研究的热点，少数研究成果已达到了闭环控制的程度。如图所示，是激光焊接质量检测和控制系统的实例。

图 激光焊接质量检测与控制系统

该系统所用传感器及其功能简单介绍如下：

（1）等离子体监测传感器

1）等离子体光学传感器（PS）：它的作用是采集等离子体的特征光一紫外光信号。

2）等离子体电荷传感器（PCS）：利用喷嘴做探针检测由于等离子体带电粒子（正离子、电子）的不均匀扩散而在喷嘴和工件之间形成的电位差。

（2）系统功能

1）识别激光焊接过程属于何种方式。稳定深熔焊过程，有等离子体，PS、PCS信号均很强；

稳定热导焊过程，不产生等离子体，PS、PCS信号几乎等于零；

模式不稳定焊过程，等离子体间断性地产生和消失，相应地PS、PCS信号间断性地上升和下降。

2）诊断传输到焊接区的激光功率是否正常、当其他参数一定时，PS和PCS信号的强弱与入射到焊接区的功率大小有对应关系。因此，监视PS和PCS信号就可以知道导光系统是否正常，焊接区的功率是否发生了波动。

3）喷嘴高度自动跟踪。PCS信号随喷嘴-工件距离的增加而减小。利用这一规律进行闭环控制可以保证喷嘴-工件距离不变，实现高度方向的自动跟踪。

4）焦点位置自动寻优和闭环控制。在深熔焊范围内，光束焦点位置发生波动时，PS接收到的等离子体光信号亦随之变化，以最佳焦点位置处（此时小孔最深）PS信号最小。依据所发现的这个规律，可以实现焦点位置自动寻优与闭环控制，使焦点位置波动小于0.2mm，熔深波动小于0.05mm。