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聯(lián)系我們米銥Micro-Epsilom線激光傳感器在機(jī)械手自動(dòng)焊接中的應(yīng)用-2D/3D
Micro-Epsilom激光焊接機(jī)技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來了重大提升，更是家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。
激光焊接的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：
1、制造業(yè)應(yīng)用 激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術(shù)在國(guó)外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過100條，年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件，并繼續(xù)以較高速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)。日本以CO2激光焊代替了閃光對(duì)焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。日本還在世界上成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修等。
2、粉末冶金領(lǐng)域 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)技術(shù)上對(duì)材料特殊要求，應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域如汽車、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其*的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石，由于結(jié)合強(qiáng)度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。
3、汽車工業(yè) 20世紀(jì)80年代后期，千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。德國(guó)奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國(guó)通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越多，根據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，至2002年底，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國(guó)不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋，提高焊接速度，解決公差問題，開發(fā)的生產(chǎn)線已在奔馳公司的工廠投入生產(chǎn)。
4、電子工業(yè) Micro-Epsilom激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出*的*性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩(wěn)定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應(yīng)用。
5、生物醫(yī)學(xué) 生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Klink等及jain[13]用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的*性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其他組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在激光波長(zhǎng)、劑量及其對(duì)功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對(duì)大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與傳統(tǒng)的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。
6、其他領(lǐng)域 在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國(guó)內(nèi)進(jìn)行了許多研究，如對(duì)BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國(guó)玻璃機(jī)械制造商GlamacoCoswig公司與IFW接合技術(shù)與材料實(shí)驗(yàn)研究院合作開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。
與其它焊接方式相比，激光焊接具有以下特性：
能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大
熱輸入量小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形小
非接觸式焊接，光纖傳輸，可達(dá)性較好，自動(dòng)化程度高
接頭設(shè)計(jì)靈活，節(jié)省原材料
焊接能量可控制，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好
激光焊接時(shí)工藝參數(shù)不正確，措施不良，往往會(huì)導(dǎo)致一些焊接缺陷的產(chǎn)生：
焊點(diǎn)表面飛濺
內(nèi)部焊接氣孔
出現(xiàn)焊接裂紋
產(chǎn)生焊接變形
焊接飛濺
激光焊接時(shí)產(chǎn)生飛濺的主要原因是激光功率密度過高，工件在短時(shí)間內(nèi)吸收了較多的激光能量，材料嚴(yán)重氣化，熔池反應(yīng)劇烈形成焊接飛濺，飛濺不僅影響工件的外觀和裝配精度，更會(huì)影響焊接強(qiáng)度，造成產(chǎn)品不良。
焊接氣孔
氣孔是激光焊接中zui常見的缺陷，激光焊接熱循環(huán)快，熔池存在的時(shí)間短，造成焊接時(shí)形成的氣體來不及從熔池中溢出，從而形成焊接氣孔。對(duì)于焊縫表面的暴露氣孔，可以采用線激光傳感器進(jìn)行檢測(cè)。
激光焊接時(shí)裂紋危害很大，嚴(yán)重影響工件的焊接強(qiáng)度，降低工件的使用壽命，因此預(yù)防裂紋有重要意義，激光焊接加熱冷卻時(shí)間快，加大了材料產(chǎn)生裂紋的幾率，必須采取一定措施加以改善。
在焊接薄板大幅面多焊點(diǎn)時(shí)，往往易產(chǎn)生焊接變形，影響后期工件裝配精度和使用性能，焊接時(shí)一種局部加熱的材料加工方式，焊接變形形成的原因是工件各部分焊接熱輸入不均勻，熱脹冷縮不一致造成焊接變形，因此需要從變形產(chǎn)生的原因加以預(yù)防或改善
上圖為采用德國(guó)米銥2D激光傳感器scanCONTROL系列測(cè)量得到的焊縫處掃描輪廓，根據(jù)這個(gè)掃描結(jié)果，用戶可以判斷焊接是否正常，并對(duì)后續(xù)工序做出相應(yīng)調(diào)整。2D激光傳感器可以集成于焊接機(jī)械手上，在焊接之后立刻進(jìn)行掃描和檢測(cè)。
如下圖，德國(guó)米銥2D激光傳感器專門為焊接應(yīng)用開發(fā)了冷卻保護(hù)殼，并使用擋板遮擋激光焊接強(qiáng)光，避免其對(duì)激光傳感器測(cè)量結(jié)果的影響。
除此以外，對(duì)于激光焊接工藝，焊縫的相對(duì)位置也需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。下圖是幾種焊接結(jié)構(gòu)，高質(zhì)量的激光焊接，需要確保金屬材料對(duì)齊，并能夠根據(jù)焊縫寬度和位置進(jìn)行焊接追蹤。
綜上所述，2D激光傳感器對(duì)于激光焊接的作用可以分為兩種，一種是焊后檢測(cè)，通過焊縫幾何輪廓的變化判斷焊接質(zhì)量。另外一種是焊前追蹤，對(duì)焊縫的寬度和位置進(jìn)行定位，確保機(jī)械手可以自動(dòng)尋找焊縫位置，并進(jìn)行相應(yīng)的焊接操作。
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