激光熱傳導(dǎo)焊接是指激光沿板件的接縫處熔化匹配 零件，熔化材料流到一起并凝固形成焊縫。它一 般用于薄壁零件的角焊縫連接，熔深只有幾十分 之一毫米至 1 毫米。激光釬焊是指相配零件通過(guò)填充材料 或釬料連接在一起，釬焊過(guò)程中釬料熔化而母材不熔化， 熔化的釬料會(huì)流入零件之間的間隙并與工件表面擴(kuò)散結(jié) 合。激光熔焊是指激光束使工件材料熔化、蒸發(fā)，并穿透 工件的厚度方向形成狹長(zhǎng)孔洞，隨著孔洞移動(dòng)冷卻而形成 焊縫。

在汽車行業(yè)中，激光釬焊與激光熔焊是常用的工藝。 本文將詳細(xì)討論汽車白車身激光 釬焊與激光熔焊缺陷的成因及應(yīng) 對(duì)措施。

1 激光釬焊與激光熔焊質(zhì)量的影響因素

激光焊接系統(tǒng)復(fù)雜，影響焊接 質(zhì)量的因素很多。

(1) 零件間匹配激光焊接過(guò)程 中熱輸入集中，對(duì)零件間的匹配要求很高。 以激光釬焊為例，當(dāng)車頂與側(cè)圍的 Y 向離縫偏大 時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致焊縫下陷甚至漏出。以激光熔焊為例，當(dāng)門框 內(nèi)外板離焊縫大于 0.5 mm 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊縫正面焊穿而背面 未焊透。

(2) 焊縫表面粗糙度當(dāng)焊縫表面有油污、灰塵等時(shí)會(huì)導(dǎo) 致激光焊焊縫被氧化或有氣孔，粗糙度大。

(3) 激光功率對(duì)于激光釬焊來(lái)說(shuō)，焊接過(guò)程中存在激光 能量密度閾值，低于此值，焊絲熔化質(zhì)量差，金屬溶液流動(dòng) 性差；超過(guò)此值，金屬熔液流動(dòng)性加強(qiáng)，容易形成優(yōu)良焊縫， 但如果超出過(guò)多，則會(huì)造成母材過(guò)燒或燒穿。對(duì)于激光熔焊 來(lái)說(shuō)，激光功率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致焊縫背面未焊透；功率過(guò)高，會(huì) 燒蝕合金元素，造成焊縫正面凹陷甚至焊穿。

(4) 焊接速度與送絲速度：對(duì)于激光釬焊來(lái)說(shuō)，焊接速 度越快，送絲速度越低，釬縫的余高越小，反之亦然。對(duì)于 激光熔焊來(lái)說(shuō)，不需要填充焊絲，焊接速度高時(shí)可能會(huì)有未 焊透的現(xiàn)象；焊接速度低時(shí)，會(huì)有焊縫粗糙、熱影響區(qū)大、燒穿等現(xiàn)象。

(5) 焊絲或母材的激光吸收率對(duì)于激光釬焊來(lái)說(shuō)，焊絲的激 光吸收率決定了焊絲的潤(rùn)濕與鋪展性能，對(duì)于激光熔焊來(lái)說(shuō)， 母材激光吸收率越高，激光工藝的實(shí)現(xiàn)越容易。如果母材激光 吸收率越低，焊接難度越大，工藝性越差。

(6) 光束斑點(diǎn)大小它決定了功率密度和焊縫寬度，衡量標(biāo) 準(zhǔn)為光束參數(shù)乘積，即 BPP。BPP 值 越小，激光能量越集中，光束質(zhì)量越 好。BPP 示意圖如圖 1 所示。對(duì)于 激光釬焊來(lái)說(shuō)，為了保證焊絲的充分 潤(rùn)濕鋪展，一般要求 BPP 值為焊絲 直徑的 2 倍；而對(duì)于激光熔焊，為了 保證熔深和熱影響區(qū)較小，一般要求 BPP 值小于 2.4mm。

(7) 送絲開(kāi)關(guān)時(shí)間與激光開(kāi)關(guān)時(shí) 間：對(duì)于激光釬焊，在起焊和停焊時(shí)， 要匹配好出光、送絲、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之 間的協(xié)作關(guān)系，否則容易出現(xiàn)缺料、 多料、夾料、燒穿和粘絲等缺陷。激 光熔焊不受這些因素的影響。

2 激光釬焊的常見(jiàn)缺陷成因和應(yīng)對(duì)措施

激光釬焊有如下常見(jiàn)的缺陷。

(1) 焊縫塌陷，焊絲下漏這是缺陷 中最嚴(yán)重的一種。它一般與沖壓件尺 寸、 焊接件縫隙匹配有關(guān)。當(dāng)縫大于 0.5mm 時(shí)，焊絲不足以潤(rùn)濕鋪展整個(gè) 釬縫，并且熔化態(tài)的焊絲還會(huì)沿著縫 隙漏出。該缺陷的長(zhǎng)期控制措施包括 優(yōu)化沖壓?jiǎn)渭顟B(tài)，改善焊接件的縫 隙匹配等。一般采用 MIG 焊補(bǔ)焊并 打磨進(jìn)行臨時(shí)返工。

(2) 焊縫偏移，焊接過(guò)程中隙中而 是偏向母材的一側(cè)。進(jìn)行焊縫斷面金 相觀察時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)它的 2 個(gè)焊趾大 小不同。焊縫偏移產(chǎn)生的原因有 3 種： 1、焊絲不在激光焦點(diǎn)正中央；2、焊 絲未填充在 2 個(gè)焊接件的角平分線上， 或者焊絲 Y 向位置偏差較大；3、焊 接過(guò)程中，釬焊鏡組的 Y 向側(cè)向力設(shè) 置不正確。

為了解決焊縫偏移的產(chǎn)生，通常 我們會(huì)采取如下措施：

1、調(diào)整激光焦點(diǎn)；

2、設(shè)置好焊絲與焊接件的夾角及焊絲的 Y 向位置；

3、在焊接過(guò)程中，給釬焊鏡組設(shè)置一個(gè) 100~150N的側(cè)向力， 或者設(shè)定為焊縫跟蹤模式。

當(dāng)缺陷不嚴(yán)重時(shí)，可以通過(guò)打磨一側(cè)焊趾進(jìn)行臨時(shí)返工； 當(dāng)偏移嚴(yán)重時(shí)，需要打磨整條焊縫后采用 MIG 焊進(jìn)行補(bǔ)焊。

(3) 氣孔 氣孔是釬焊焊縫的常見(jiàn)缺陷，氣孔產(chǎn)生的原因有 以下 2 種：

1、焊縫表面不清潔，水、油漬及金屬氧化膜產(chǎn)生的氫氣孔；

2、雙面鍍鋅鋼中的鋅蒸汽在釬縫中產(chǎn)生的氣孔。

為了防止氣孔的產(chǎn)生，在激光釬焊前要保證工件被焊面 的清潔度。對(duì)于鋅蒸汽產(chǎn)生的氣孔，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù) 來(lái)加以抑制，焊接速度、激光功率和保護(hù)氣體都可以影響鋅 蒸汽氣孔的生成。一般采用 2,800~3,300W 的激光釬焊功率和 50~70 mm/s 的焊接速度可以收到較好效果。采用氬氣等惰性 氣體保護(hù)釬縫，可以防止熔池氧化，抑制氣泡的形成。對(duì)于大 的氣孔，一般釬縫打磨后采用 Zn 粉混合膠水涂敷的臨時(shí)返工措 施，小氣孔無(wú)需返工。

(4) 引弧及收弧時(shí)焊絲填充不足或過(guò)剩。它的產(chǎn)生原因?yàn)榧?光開(kāi)啟與關(guān)閉，送絲開(kāi)啟 與關(guān)閉的時(shí)間設(shè)置不合理。長(zhǎng)期措施 需要優(yōu)化工藝參數(shù)，一般引弧端，提前 4ms 送絲，提前 2ms 開(kāi) 啟激光；在收弧端，一般延遲 2ms 停止送絲，延遲 5ms 關(guān)斷激光。

(5) 母材熔化：母材熔化產(chǎn)生的原因主要有：

1、焊絲偏離激光焦點(diǎn)；

2、機(jī)器人 Y 向軌跡有偏差；

3、激光光斑偏大。

長(zhǎng)期控制措施包括校正焦點(diǎn)，校正機(jī)器人軌跡，或者通過(guò) 調(diào)整光學(xué)比來(lái)調(diào)整激光光斑大小等，一般不采取臨時(shí)返工措施。

(6) 焊縫粥狀與焊縫不平整 它主要由于送絲過(guò)程不流暢導(dǎo) 致。長(zhǎng)期措施需要檢查 送絲速度是否穩(wěn)定，送絲輪是否磨損， 壓緊力是否太大，送絲管是否干涉，送絲電流是否太大等。臨時(shí) 返工措施一般打磨后 MIG 焊補(bǔ)焊再打磨。

(7) 焊絲潤(rùn)濕鋪展性差 即焊縫在與母材連接面有未熔合區(qū) 域，甚至存在鋸齒狀缺陷。它的產(chǎn)生原因是在沖壓過(guò)程中，焊 縫處母材的 鍍鋅層脫落，導(dǎo)致母材對(duì)激光折射率增大，焊接過(guò) 程中母材溫度偏低，焊絲潤(rùn)濕鋪展性差。它的長(zhǎng)期措施需要在 沖壓過(guò)程中優(yōu)化工藝，臨時(shí)措施可以通過(guò)鋅粉與膠水混合后涂 敷來(lái)返工 因?yàn)榧す忖F焊工藝影響因素多， 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)， 列出缺陷原因分析供參照， 見(jiàn)下頁(yè)表 1。

3 激光熔焊的常見(jiàn)缺陷成因分析及應(yīng)對(duì)措施

激光熔焊過(guò)程中，激光束對(duì)熔池的攪動(dòng)、母材合金元素的 蒸發(fā)、熔池的溫度梯度以及金屬蒸汽等都會(huì)影響焊接的質(zhì)量。 下面具體分析激光熔焊缺陷。

(1) 未焊透與未熔合未焊透與未熔合是嚴(yán)重的激光熔焊缺 陷， 產(chǎn)生原因是焊縫處激光能量低。

焊縫處激光能量低的影響因素有以下方面：

1、激光功率低；

2、熔焊鏡組保護(hù)鏡片臟，甚至破裂，影響了激 光透過(guò)率；

3、激光焦點(diǎn)偏移焊縫或者光束入射角偏斜。

這種缺陷的長(zhǎng) 期解決措施為：1. 設(shè)置好激光功率參數(shù)；2. 定期檢查并更換熔焊鏡組保護(hù)鏡片； 3. 校準(zhǔn)激光焦點(diǎn)并保證激 光入射角為 90°。

該缺陷的臨時(shí)返工措施有正面點(diǎn)焊或 者焊縫背面打磨后，進(jìn)行 CO2 焊塞焊并 打磨。

(2) 燒穿 如果僅首層板燒穿，那么缺 陷原因是板材之間間隙過(guò)大；如果整個(gè)焊 縫都被燒穿，可以確定焊接參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。 這種缺陷的長(zhǎng)期控制措 施是保證板材間 隙小于 0.2mm，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)募す?功率 及焊接速度。對(duì)于首層板燒穿，一般可以 采用 MIG 補(bǔ)焊并打磨進(jìn)行返工；如果整 個(gè)焊縫均被燒穿。則焊接工件按報(bào)廢處理。

(3) 氣孔 氣孔是激光熔焊過(guò)程中常 見(jiàn)的缺陷，產(chǎn)生原因如：激光熔焊過(guò)程中 熔池的形狀與體積不穩(wěn)定，光束不斷在母 材形成并關(guān)閉小孔；金屬表面鋅蒸汽來(lái)不 及逸出；焊縫表面不清潔，有油漬、水分 或金屬氧化層。

控制措施有：協(xié)調(diào)好激光功率與焊 接速度盡量保證熔池的穩(wěn)定性，并給予 鋅蒸汽逸出的時(shí)間；做好焊縫表面的清 潔工作：如果氣孔較小或者非貫通孔都 不會(huì)影響力學(xué)性能，無(wú)需臨時(shí)返工；如 果氣孔為貫通孔且較大，一般采用 MIG 焊補(bǔ)焊并打磨。

(4) 焊縫正面凹陷 焊縫正面凹陷的原 因?yàn)轱w濺過(guò)大或者合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，與 激光功率及焊接速度有關(guān)?？刂拼胧闇p 小激光功率并提高送絲速度。當(dāng)焊縫凹陷 深度小于母材厚度的 30% 時(shí)，無(wú)需返工； 當(dāng)凹陷程度大于母材厚度的 30% 時(shí)需要 報(bào)廢處理。

(5) 裂紋 激光焊縫中的裂紋有熱裂紋 和冷裂紋 2 種，熱裂紋是由于焊接熔池冷 卻速度快，結(jié)晶部位在凝固過(guò)程中承受收 縮應(yīng)力過(guò)大，造成焊縫沿晶界開(kāi)裂。激光 熔焊過(guò)程中熱裂紋并不常見(jiàn)，一般可以通 過(guò)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷裂紋主要 是焊縫中氫含量高，造成焊縫在應(yīng)力集中 區(qū)域沿晶界或者穿晶界開(kāi)裂。對(duì)于冷裂紋 需要做好焊前焊縫的清潔工作，焊接過(guò)程 中可以采用惰性氣體保護(hù)來(lái)控制。一般短 裂紋與非內(nèi)部貫通裂紋不影響焊縫強(qiáng)度， 無(wú)需返工；但是出現(xiàn)長(zhǎng)裂紋與內(nèi)部貫通裂 紋，其焊接件需報(bào)廢處理。

4 結(jié)論與展望

激光焊接研究的首要目標(biāo)就是辨析影 響激光焊接穩(wěn)定性和重現(xiàn)性的參數(shù)， 并 尋求控制這些參數(shù)的方法。檢測(cè)激光焊接 產(chǎn)生的聲光發(fā)射信號(hào)是監(jiān)控焊接條件的重 要方式，記錄并分析這些聲光信號(hào)，將其 轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，并送回反饋回路，然后 調(diào)整激光焊接控制系統(tǒng)，控制焊縫及焊接 接頭缺陷的產(chǎn)生。新一代激光焊接系統(tǒng)中， 如 TRUMPF 公司的 WIN- LAS 及 LASER LINE 公司的 LL-ConTROL 控制系統(tǒng)均 可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控—反饋—調(diào)節(jié)的過(guò)程。通過(guò) 由光、聲或等離子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)回的反饋， 可以實(shí)時(shí)變化激 光功率以適應(yīng)焊接條件 的改變，從而優(yōu)化焊接過(guò)程。隨著技術(shù)的 發(fā)展、智能化及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)的研 發(fā)應(yīng)用，相信激光焊接的缺陷會(huì)得到進(jìn)一 步控制， 質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，激光焊接 的應(yīng)用前景會(huì)更加廣泛。