在傳統(tǒng)的焊接過程中，特別是單層板的拼接焊、搭接焊，又或者是其他類型的 T 型焊，往往只形成一條簡單的焊縫。焊縫暴露在外，易于觀察。如果要對焊縫的品質進行判斷，往往只需要觀察焊縫表面的狀況，又或是使用專業(yè)的探傷設備進行掃描就可以得到對應的數(shù)據(jù)結果。但對于多種不同類型材料的復合焊接，還有針對多層材料的連續(xù)多層焊接來說，想要簡單的通過外表來判定焊接結果，則會存在很大的難度。

依靠探傷工具不僅費時費力，而且對于超薄材料的焊接，以及主要依賴熱熔焊方式焊接的材料來說，探傷設備也無能為力。那什么是虛焊？造成虛焊的原因又包括哪些？

虛焊：簡單來說就是在焊接過程中出現(xiàn)的非有效焊合，其中多指焊接強度不達標，推拉力或剪切力不合格等。

導致虛焊的原因

注：在這里我們集中討論在消費類電子產(chǎn)品的激光焊接過程中容易出現(xiàn)的虛焊現(xiàn)象。導致虛焊的原因主要有如下三個：

ⅰ間隙。絕大多數(shù)的虛焊是由焊接過程中存在的材料間隙造成的。激光焊接本可以包容一小部分客觀存在的材料間隙，只有當材料間隙超出了所能夠接受的高度，導致拉拔力或剪切力的快速下降，這才會導致虛焊的發(fā)生；

ⅱ 材料表面差異及臟污。對于清潔不到位以及存在表面差異的物料來說，同樣也會導致虛焊的發(fā)生。究其原因還是表面差異和臟污改變了熱傳導的效率；

ⅲ 激光功率的不穩(wěn)定。在大多數(shù)情況下，光纖激光器都能夠保證1%左右的功率誤差。但對于一些老舊設備而言，在焊接某些高反射類材料時，短暫的功率下降會直接導致焊接功率不足，進而造成虛焊。

Tip: 上述所列三個原因，和如下 “激光焊接實時監(jiān)控系統(tǒng)（LWM）對虛焊的觀察和表現(xiàn)” 中的介紹是一一對應的。

LWM 對虛焊的觀察和表現(xiàn)

ⅰ簡單概括來說，對于普通材料焊接（銅、鐵、鎳），應當盡量避免材料中出現(xiàn)間隙。但對于某些特殊材料來說，特別是低熔點材料（鍍鋅材料），還需要保留適當間隙作為排氣通道，防止焊縫出現(xiàn)氣泡和裂縫。

ⅱ 接下來我們觀察材料表面差異對焊接品質來帶的影響：

圖 1：材料表面差異對焊接品質來帶的影響

通過如下的拉拔力測試，表面相對光滑的材料明顯比表面帶有車刀紋的材料焊接強度要高。究其根本原因，還是因為粗糙表面造成在焊接過程中存在有間隙。

圖 2：焊接斷面示意圖

由于兩種物料僅存在表面粗糙度的差異，從 LWM 曲線觀察，PLSMA 以及 BR 曲線都不存在可分辨的差異。但是通過仔細觀察 TEMP 曲線，可以發(fā)現(xiàn)粗糙焊接面與其他光滑焊接面還是存在可分辨的差異。

圖 3：表面差異在 LWM 曲線上的體現(xiàn)

如上圖可以看出，粗糙焊接面在 TEMP 曲線上明顯存在下降區(qū)前移的狀況。

ⅲ 對于激光功率的變化，可以明顯觀察到在 LWM 曲線（PLASMA & TEMP）上出現(xiàn)了高度差，而 BR 曲線則沒有明顯變化。

其原因還是因為材料吸收到的功率減少，以至轉化為熱和產(chǎn)生熔融態(tài)金屬也隨之減少。

圖 4：激光功率差異在LWM曲線上的體現(xiàn)

我們已經(jīng)明確了對于焊接中發(fā)生的材料間隙，LWM 可以對其量的變化進行檢測。隨著間隙大小的變化，LWM 曲線也同時能夠呈現(xiàn)出相應的規(guī)律性變化。同時對于激光功率的變化，由于其不僅反映在 TEMP 曲線上，同時對于 PLASMA 曲線也存在一定的影響，LWM 同樣可以很容易發(fā)現(xiàn)功率的變化。

但對于焊接面的粗糙度變化，通過實驗可以發(fā)現(xiàn)隨著粗糙度的增加，焊接強度也會出現(xiàn)明顯下降。當表面粗糙度達到影響焊接強度的時候，LWM 可以發(fā)現(xiàn)曲線的異常變化并及時報警。但對于表面粗糙度的細微變化，由于其對焊接強度的影響微乎其微，LWM 也很難觀察到其變化。

LWM 4.0 工作原理

圖 5：LWM 工作原理圖

LWM 系統(tǒng)的工作原理是通過觀察在焊接過程中實時產(chǎn)生的不同波段的光信號強度，對應不同的焊接狀態(tài)以及可能產(chǎn)生的焊接缺陷。在穩(wěn)定的精密焊接工藝中，等離子狀態(tài)，溫度狀態(tài)和激光反射狀態(tài)也是相對穩(wěn)定的變化。LWM 傳感器通過高達 50 kHz 采樣頻率，遠高于普通激光器的脈沖頻率來確�？梢詼蚀_捕捉到焊接過程中的每一處細微變化用以檢測任何異常情況的發(fā)生。

激光焊接實時監(jiān)控系統(tǒng)（LWM）是應用于連續(xù)生產(chǎn)中的實時質量監(jiān)控系統(tǒng)。 將基于光電二極管的傳感器單元安裝在焊接頭上或激光器中。 在焊接過程中，傳感器從焊接過程中釋放的等離子、溫度等信號獲取數(shù)據(jù)，并將其與標準曲線進行比較。 偏差結果會實時反饋給用戶，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的質量控制。

系統(tǒng)總覽：LWM 4.0 傳感器單元，PC + 電氣模塊和客戶 PLC

左：參考值（良好的焊接）    右：有缺陷的樣品（此處：油脂）

借助 LWM 4.0，實現(xiàn)了重大的技術創(chuàng)新。 首先，傳感器單元具有更高的靈敏度。 這主要是由于優(yōu)化的光學設計。 其次，LWM 4.0 具有改進的信噪比，可以追溯到 “單電纜設計”，并且直接從傳感器頭進行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸。此外，傳感器已預先調整。 這意味著傳感器頭中的光電二極管被精確對準并固定在幾何結構上。 最后，傳感器單元被調平在相對于特定光源下。 這樣所有 LWM 4.0 傳感器在光源照射下都會顯示相同的信號強度。

LWM 4.0 可以適應幾乎所有客戶應用程序，設置和基礎架構。傳感器可以安裝在焊接頭（掃描振鏡或固定焊槍）上或激光源中。它可以從任何工藝類型中收集數(shù)據(jù)，無論是深熔焊或熱傳導焊接，有或沒有匙孔的效應，或兩者的任意組合，均可以收集數(shù)據(jù)。激光模式也是如此：可以是連續(xù)模式或脈沖模式。此外，LWM 4.0 傳感器可用于紅外光，綠光或藍光激光源。相應傳感器中的光電二極管根據(jù)不同激光源進行適配。

LWM 4.0 傳感器系統(tǒng)可用于各種激光安裝，并具有高度的靈活性

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