精密激光焊接技术步骤详解
整个过程可以分为三个主要阶段：焊接前准备、焊接过程控制、焊接后处理，每个阶段都至关重要，直接决定了最终的焊接质量。
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第一阶段：焊接前准备
这是确保焊接成功的基础,任何疏忽都可能导致焊接失败。
焊接工艺设计与参数设定
- 确定焊接目标： 明确接头的类型（如对接、搭接、T型接）、材料（金属、合金、异种材料等）、厚度以及对焊缝强度、气密性、美观度的要求。
- 选择激光器： 根据材料特性和厚度选择合适的激光器类型。
- 光纤激光器： 最常用，适合焊接大多数金属，尤其是薄板和中厚板，电光效率高。
- CO₂激光器： 适合焊接非金属材料或对波长有特殊要求的金属。
- Nd:YAG激光器： 脉冲输出，适合点焊、密封焊等精密场合。
- 设定核心工艺参数： 这是最关键的一步，需要通过实验或模拟来确定。
- 激光功率: 决定能量输入，功率越高，熔深越大，但过高易导致过烧、飞溅。
- 焊接速度: 影响热输入量，速度过快，热量不足，易未焊透；速度过慢，热量集中，易烧穿。
- 离焦量: 激光焦点相对于工件表面的位置，负离焦（焦点在表面下方）可获得更大熔宽和熔深，适合厚板；正离焦（焦点在表面上方）适合精密焊缝控制。
- 光斑直径: 决定了能量密度，光斑越小，能量密度越高，适合精密、窄缝焊接。
- 脉冲参数 (针对脉冲激光): 包括峰值功率、脉冲宽度、频率、占空比等，用于精确控制热量输入。
- 保护气体:
- 作用： 隔绝空气，防止金属氧化；吹走等离子体；冷却焊缝。
- 选择： 常用氩气、氦气或其混合物，氦气电离能高，能有效抑制等离子体，适合高速、深熔焊；氩气成本低，保护效果好。
工件预处理
- 清洁： 彻底清除工件表面的油污、锈迹、氧化皮、灰尘等，任何杂质都会影响激光吸收，导致气孔、夹杂等缺陷，常用方法有酒精擦拭、超声波清洗等。
- 装配与固定：
- 精密对位： 使用夹具、工装或视觉定位系统，将工件以极高的精度固定在一起，确保装配间隙（通常要求在0.1mm以内）均匀且尽可能小，间隙是导致焊接失败和强度下降的主要原因。
- 夹紧： 确保焊接过程中工件不会因热应力而发生相对位移。
设备检查与校准
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- 光路检查： 确保激光束从激光器到焊接头的光路通畅、无污染。
- 焦点校准： 使用焦点监测仪或试板焊接，精确找到激光的焦平面位置。
- 系统调试： 检查运动系统（如振镜、龙门架）、送丝系统（如果使用）、保护气体系统是否工作正常。
第二阶段：焊接过程控制
这是将设计参数付诸实践,并实时监控与调整的阶段。
引弧与起焊
- 预吹气： 在焊接开始前提前1-2秒开启保护气体，驱散焊接区域的空气。
- 起始点控制： 选择合适的起始位置，并设置稳定的起焊参数，避免在焊缝起点出现凹陷或未焊透。
实时焊接与监控
- 执行焊接程序： 设备按照预设的轨迹、速度和功率进行焊接。
- 过程监控与质量保证： 现代精密激光焊接系统通常配备多种传感器，实现闭环控制。
- 等离子体监测： 通过监测焊接过程中产生的等离子体光谱或强度，判断熔池状态和焊接稳定性。
- 光电二极管监测： 监测反射的激光光强，可判断焊缝是否穿透或出现气孔。
- 同轴视觉监控： 在焊接头上安装摄像头，实时观察熔池的形成过程，便于操作员判断或进行自动化闭环控制。
- 温度监测： 使用红外热像仪监测焊缝及热影响区的温度分布。
- 动态调整： 根据实时监控反馈，系统可以动态调整激光功率、速度等参数，以补偿工件装配误差、材料不均匀性或热变形，确保焊接质量的稳定性。
收弧与停止
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- 缓降处理： 在焊接结束时，逐渐降低激光功率，避免焊缝末端出现弧坑裂纹。
- 延迟关气： 焊接结束后，继续通入保护气体数秒，直到焊缝冷却，防止高温区域氧化。
第三阶段：焊接后处理
焊接完成后,需要对工件进行检查和处理。
焊缝清理
- 去除焊渣与氧化物： 使用钢丝刷、砂纸或化学方法清理焊缝表面的残留物和氧化层。
- 保护涂层： 对于高精度要求的部件，可能会进行钝化、电镀或涂覆等处理，以提高耐腐蚀性和美观度。
质量检验
- 外观检查： 使用放大镜或显微镜检查焊缝表面是否有裂纹、气孔、咬边、凹陷等宏观缺陷。
- 尺寸测量： 测量焊缝宽度、余高、熔深等尺寸是否符合设计要求。
- 无损检测：
- X射线/CT检测： 用于检测内部气孔、夹渣、未焊透等缺陷。
- 超声波检测： 用于检测内部缺陷和测量熔深。
- 渗透检测： 用于检测表面开口裂纹。
- 性能测试：
- 力学性能测试： 如拉伸试验、弯曲试验，以评估接头的强度和塑性。
- 密封性测试： 对于要求气密性的部件（如电池壳），进行气密性或水密性测试。
热处理与矫形 (可选)
- 去应力退火： 对于焊接残余应力较大的部件，进行热处理以消除应力，防止变形和开裂。
- 矫形： 如果焊接后发生变形，使用机械或热方法进行校正。
精密激光焊接是一个系统工程,其成功依赖于 “精准的设计 + 严格的准备 + 稳定的过程 + 严格的检验”，每一步都需要精确控制，尤其是在处理高价值、高要求的零部件（如电池、医疗器械、航空航天部件）时，对细节的要求达到了极致，通过自动化和智能化的监控系统，现代精密激光焊接技术能够实现高度一致和可靠的焊接质量。
