雷射焊接監控：技術及其工作原理

雷射焊接技術的進步主要歸功於高功率光纖雷射的適用性和經濟性，這使得雷射焊接在許多製造環境中越來越普遍。雷射焊接具有熱影響小、速度快、精度高和重複性好等優點。儘管雷射焊接越來越普遍，但它並非沒有挑戰，也不能避免焊接缺陷。與任何形式的工業焊接（如電弧焊、電阻焊和電子束焊）一樣，雷射焊接也容易出現製程不一致而導致焊接不良。
因此，出現各種雷射焊接品質保證技術和工藝來檢測甚至防止雷射焊接缺陷也就不足為奇了。

定義 "不良 "雷射焊接
不良或有缺陷的雷射焊接會影響最終產品的形狀、功能或安全性。雖然雷射焊接因其熱影響小、速度快、精度高和可重複性好等優點而日益普及，但它仍然容易出現工藝不一致而導致焊接不良（焊接缺陷）。由於雷射焊接缺陷的形式多種多樣，因此識別和了解這些缺陷非常重要。常見的缺陷形式包括：
1. 穿透力不足 (Insufficient penetration)：
◦ 指雷射束穿透目標材料的深度不夠。
◦ 這會導致最終產品的強度和導電性出現問題。
2. 過度穿透 (Over-penetration) 或燒穿 (Burn-through)：
◦ 當雷射束穿透目標材料過深時造成。
◦ 在電池焊接等應用中，可能會損壞敏感元件。
3. 飛濺 (Spatter)：
◦ 由熔融焊池的不穩定性引起。
◦ 飛濺的熔融金屬經常落在焊縫周圍的表面並與之熔合。
◦ 飛濺可能導致電池等部件短路，可能導致熱失控和災難性故障。
4. 氣孔 (Porosity)：
◦ 指冷卻焊縫中夾雜氣泡或氣穴。
◦ 氣孔會降低焊接強度。
◦ 這可能是由於過度攪拌和快速冷卻焊接熔池造成的。
5. 裂紋 (Cracks)：
◦ 由於快速冷卻和其他冶金應力，雷射焊接可能導致可見或不可見的裂紋。
◦ 裂紋不一定能用肉眼看到。
6. 未熔合 (Lack of fusion) 或未完全熔合：
◦ 當焊接金屬與母材金屬未完全熔合時出現。
◦ 對齊不良或表面污染都可能導致未熔合。

什麼是雷射焊接監測？
雷射焊接監測」是一個總括性的術語，指的是在焊接過程中檢查或收集焊接信息的各種方法。也被稱為「過程中」或「實時」監測。與傳統的品質保證方法（例如破壞性測試和耗時的非破壞性測試）不同，雷射焊接監測具有以下主要優勢：
• 提供每個焊縫的數據：它能夠為每一個焊縫提供數據。
• 不影響速度：它不會減慢工藝流程。
• 降低成本和時間：它不需要成本高昂且耗時的傳統品質保證步驟。
• 降低不確定性：過程中技術可以大大降低不確定性，而且成本效益高。
雷射焊接監測的類型
雷射焊接監測方法多種多樣，各有其優缺點：

監測類型 (Monitoring Type)	工作原理 (Mechanism)	優點與特點 (Key Features/Advantages)	限制 (Limitations)
聲發射監測 (Acoustic Emission)	將焊接過程中產生的聲波轉換為電信號；使用傳感器（接觸式或非接觸式）。	具有一定的通用性且易於整合；聲學數據可與熔透和裂紋等關鍵指標相關聯。	容易受到環境噪聲的影響；對實際焊接特徵和幾何形狀的了解有限。
過程中射線照相術 (In-process Radiography)	相當於傳統的焊縫射線照相術；有助於觀察焊縫熔池和最終焊縫的情況。	—	成本高昂，難以在生產製造環境中使用；主要用於研究目的。
圖像處理 (Image Processing)	使用可見光或熱像儀和機器視覺，實時生成雷射焊接過程的圖像。	可以生成詳細的焊縫圖像。	可能需要多個攝像頭才能捕捉到足夠的細節；無法提供內部焊接幾何形狀的詳細視圖。
光學傳感 (Optical Sensing)	依靠光譜儀、高溫計或光電二極管捕捉光線並將其轉換為數據。	能比某些方法產生更多數據。	依賴於間接的焊接指標（如反射光、溫度和焊接煙羽），而不是詳細檢查實際的焊接幾何形狀。
光學相干斷層掃描 (OCT)	IPG LDD 系統使用的專利技術，使用與焊接光束同時發射的低功率雷射束。	直接測量焊接深度等關鍵焊接幾何形狀；實時操作；測量極其精確（在幾微米以內）。	—

受益於即時雷射焊接測量的行業
在電池焊接、電動車和醫療設備製造等行業，安全要求很高，品質保證至關重要。對於高風險的應用，即時雷射焊接測量不僅能減少浪費和降低成本，還能提高安全性。此外，智慧型手機、平板電腦和筆記型電腦等需要精密線上檢測的消費性電子產品也能從雷射焊接測量中獲益。隨著雷射焊縫即時測量技術的不斷進步，那些注重強度而非速度的行業也能從中受益。例如，造船等行業對承重焊縫有嚴格的品質要求標準，直接測量深穿透雷射焊接深度的優勢將使這些行業受益匪淺。

產品連結：雷射焊接監測系統LDD-700