AUDI B8／Q5顶盖激光焊质量缺陷分析

随着激光焊接技术的日益成熟，该技术已经大量应用到生产线上，如齿轮焊接，汽车底板及结构件（包括车门车身）的高速拼焊，并已取得了巨大的经济和社会效益。如车身装配中的大量点焊把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光焊接是单边焊接，只需要5mm，把点焊该为激光焊，每辆车就可以节省钢材40kg。

一、焊接工艺

激光焊接是在微小区域内加热与冷却之间的精细平衡。目的是通过辐射吸收产生液态熔池，并使之长到理想尺寸，然后沿固体界面移动，消除被焊构件间的初始缝隙，形成高质量的焊缝。熔池过大过小或者蒸发严重，都将导致焊接失败。此外，焊缝的最终质量还受其它因素的影响，如合金成分的蒸发，过大的热梯度（导致热裂纹），以及焊接熔池体积与几何形状的不稳定（导致气孔和空穴）等。

激光向工件传递的途径经常被激光焦点处产生的蒸气所干扰，在一定条件下，这种蒸气转化为等离子体，由于吸收和溅射而使激光强度减弱。在焊接熔池存在时，熔合区与周围基体材料间界面几何形状的稳定，是决定工件内部稳定传热的主要因素，在焊接过程中工件移动或激光束移动的时候，固液界面经常受到干扰，因此，在焊接熔池的冷却速度中必须引入附加的几何形状影响因素。既然存在这么多潜在的因素，很难想象激光焊接会获得高质量的焊缝。

但是，不管激光焊接中激发与冷却平衡过程存在多少，大量的传热与机械时间常数仍能共同作用，以适应激光焊接的要求，并将各种波动减轻到一定程度，进而建立稳定的焊接条件。

辨析影响激光焊接稳定性和重现性的参数，并寻求控制这些参数的方法。首先应从激光源本身出发，因为输出功率与模式的波动在焊接熔池中转换成热波动，从而导致激光焊接过程不稳定性的发生。激光与材料相互作用过程的高度非线性特征意味着某些波动在幅度上的快速增加，这同时也提供了控制激光焊接过程的可能性与现实性，即利用检测声、光、电的波动信号，并进行有效的处理，进而有选择地改变激光的输出方式。如果与激光焊接系统激发、响应有关的众多参数可以精确控制，则激光焊接的精密度是完全可以保证的。

在整个焊接过程中，工件响应的波动是一个主导因素，与这些因素相关的频谱带宽对于等离子波动最小为10MHz。而对于机械运动，特别是与液体振动有关的运动，频谱带宽较小（≤10KHz）。因此，检测激光焊接产生的声光发射信号是监控焊接条件的重要方式，识别这些信号的组成，诊断特定的错误条件，为优化焊接工艺、消除焊接接头的缺陷并实时控制焊接过程提供了可能。为了对各种数据和加工速率提出更加严格的要求，应该记录并分析这些声光信号，并将其转换为控制信号，送回反馈回路，以驱动机电装置，调整激光焊接系统，补偿焊缝及接头的缺陷。

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