LWM 如何对消费电子产品焊接过程中出现的虚焊进行检测收藏

在传统的焊接过程中，特别是单层板的拼接焊、搭接焊，又或者是其他类型的 T 型焊，往往只形成一条简单的焊缝焊缝暴露在外，易于观察如果要对焊缝的品质进行判断，往往只需要观察焊缝表面的状况，又或是使用专业的探伤设备进行扫描就可以得到对应的数据结果。

但对于多种不同类型材料的复合焊接，还有针对多层材料的连续多层焊接来说，想要简单的通过外表来判定焊接结果，则会存在很大的难度依靠探伤工具不仅费时费力，而且对于超薄材料的焊接，以及主要依赖热熔焊方式焊接的材料来说，探伤设备也无能为力。

那什么是虚焊？造成虚焊的原因又包括哪些？虚焊：简单来说就是在焊接过程中出现的非有效焊合，其中多指焊接强度不达标，推拉力或剪切力不合格等导致虚焊的原因注：在这里我们集中讨论在消费类电子产品的激光焊接过程中容易出现的虚焊现象。

导致虚焊的原因主要有如下三个：ⅰ间隙绝大多数的虚焊是由焊接过程中存在的材料间隙造成的激光焊接本可以包容一小部分客观存在的材料间隙，只有当材料间隙超出了所能够接受的高度，导致拉拔力或剪切力的快速下降，这才会导致虚焊的发生；ⅱ 材料表面差异及脏污。

对于清洁不到位以及存在表面差异的物料来说，同样也会导致虚焊的发生究其原因还是表面差异和脏污改变了热传导的效率；ⅲ 激光功率的不稳定在大多数情况下，光纤激光器都能够保证1%左右的功率误差但对于一些老旧设备而言，在焊接某些高反射类材料时，短暂的功率下降会直接导致焊接功率不足，进而造成虚焊。

Tip: 上述所列三个原因，和如下 “LWM对虚焊的观察和表现” 中的介绍是一一对应的LWM 对虚焊的观察和表现ⅰ简单概括来说，对于普通材料焊接（铜、铁、镍），应当尽量避免材料中出现间隙但对于某些特殊材料来说，特别是低熔点材料（镀锌材料），还需要保留适当间隙作为排气通道，防止焊缝出现气泡和裂缝。

ⅱ 接下来我们观察材料表面差异对焊接品质来带的影响：

图1 材料表面差异对焊接品质来带的影响通过如下的拉拔力测试，表面相对光滑的材料明显比表面带有车刀纹的材料焊接强度要高。究其根本原因，还是因为粗糙表面造成在焊接过程中存在有间隙。

图2 焊接断面示意图由于两种物料仅存在表面粗糙度的差异，从 LWM 曲线观察，PLSMA 以及 BR 曲线都不存在可分辨的差异但是通过仔细观察 TEMP 曲线，可以发现粗糙焊接面与其他光滑焊接面还是存在可分辨的差异。

图3 表面差异在 LWM 曲线上的体现如上图可以看出，粗糙焊接面在 TEMP 曲线上明显存在下降区前移的状况ⅲ 对于激光功率的变化，可以明显观察到在 LWM 曲线（PLASMA & TEMP）上出现了高度差，而 BR 曲线则没有明显变化。

其原因还是因为材料吸收到的功率减少，以至转化为热和产生熔融态金属也随之减少。

图4 激光功率差异在LWM曲线上的体现在之前的介绍中，我们已经明确了对于焊接中发生的材料间隙，LWM 可以对其量的变化进行检测随着间隙大小的变化，LWM 曲线也同时能够呈现出相应的规律性变化同时对于激光功率的变化，由于其不仅反映在 TEMP 曲线上，同时对于 PLASMA 曲线也存在一定的影响，LWM 同样可以很容易发现功率的变化。

但对于焊接面的粗糙度变化，通过实验可以发现随着粗糙度的增加，焊接强度也会出现明显下降当表面粗糙度达到影响焊接强度的时候，LWM 可以发现曲线的异常变化并及时报警但对于表面粗糙度的细微变化，由于其对焊接强度的影响微乎其微，LWM 也很难观察到其变化。

LWM 4.0 工作原理

图5 LWM 工作原理图LWM 系统的工作原理是通过观察在焊接过程中实时产生的不同波段的光信号强度，对应不同的焊接状态以及可能产生的焊接缺陷在稳定的精密焊接工艺中，等离子状态，温度状态和激光反射状态也是相对稳定的变化。

LWM 传感器通过高达 50 kHz 采样频率，远高于普通激光器的脉冲频率来确保可以准确捕捉到焊接过程中的每一处细微变化用以检测任何异常情况的发生激光焊接实时监控系统（LWM）是应用于连续生产中的实时质量监控系统。

 将基于光电二极管的传感器单元安装在焊接头上或激光器中 在焊接过程中，传感器从焊接过程中释放的等离子、温度等信号获取数据，并将其与标准曲线进行比较 偏差结果会实时反馈给用户，以实现生产过程中的质量控制

图 系统总览：LWM 4.0 传感器单元，PC + 电气模块和客户 PLC

图 左：参考值（良好的焊接）    右：有缺陷的样品（此处：油脂）借助 LWM 4.0，我们实现了重大的技术创新 首先，传感器单元具有更高的灵敏度 这主要是由于优化的光学设计 其次，LWM 4.0 具有改进的信噪比，可以追溯到 “单电缆设计”，并且直接从传感器头进行数字数据传输。

此外，传感器已预先调整 这意味着传感器头中的光电二极管被精确对准并固定在几何结构上 最后，传感器单元被调平在相对于特定光源下 这样所有 LWM 4.0 传感器在光源照射下都会显示相同的信号强度LWM 4.0 可以适应几乎所有客户应用程序，设置和基础架构。

传感器可以安装在焊接头（扫描振镜或固定焊枪）上或激光源中它可以从任何工艺类型中收集数据，无论是深熔焊或热传导焊接，有或没有匙孔的效应，或两者的任意组合，均可以收集数据激光模式也是如此：可以是连续模式或脉冲模式。

此外，LWM 4.0 传感器可用于红外光，绿光或蓝光激光源相应传感器中的光电二极管根据不同激光源进行适配

图 LWM 4.0 传感器系统可用于各种激光安装，并具有高度的灵活性

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