激光作為一種先進的加工工具，在工業(yè)焊接領域發(fā)揮越來越重要的作用。傳統(tǒng)的激光焊接技術雖然在一定程度上能夠控制這些缺陷，但其效果往往受限于固定的焊接參數(shù)和工藝。近年來，激光擺動焊接技術的出現(xiàn)為焊接缺陷的控制提供了新的解決方案。通過在焊接過程中引入激光束的擺動，該技術能夠顯著改善熔池的動力學特性，從而優(yōu)化焊接質量。激光擺動焊接技術主要基于激光束的精確控制和擺動技術，以實現(xiàn)高效、高質量的焊接。激光擺動焊接技術的應用能夠使得激光焊接應用更加廣泛，對更大工件，焊縫更寬的工件都能實現(xiàn)激光高效精密焊接，即對于產(chǎn)品的基礎工藝和裝配精度有所放寬。
一、激光擺動焊接的定義
激光擺動焊接是通過快速而精確地擺動激光束，覆蓋整個焊接區(qū)域。光束在焊縫方向移動時，可以進行圓形、8字形、螺旋線等多種形式的擺動。這種擺動不僅有助于實現(xiàn)更均勻的加熱，還能有效減少焊接缺陷，如氣孔和裂紋。
二、激光擺動焊接的特點
隨著技術發(fā)展，激光擺動焊接技術也根據(jù)功能和需求推出了多種類型，包括激光振鏡掃描頭、焊接擺動頭等，以適應不同行業(yè)的焊接需求。通過激光專用擺動焊接頭對光束進行擺動，不僅擴大了加工范圍，還提升了對焊縫寬度的容忍度，從而提高了焊接質量。激光擺動焊接具有以下特點：
（1）熱輸入均勻：通過改變焊接熱源的位置，實現(xiàn)對焊縫的均勻加熱，避免熱應力集中。
（2）焊縫質量高：均勻的熱輸入使焊縫質量更加穩(wěn)定，減少焊接缺陷的產(chǎn)生。
（3）適用性廣：適用于各種材料和焊接位置，可用于手工焊接和自動化焊接。
（4）提高生產(chǎn)效率：減少焊接變形，降低殘余應力，提高生產(chǎn)效率和焊接質量。
（5）可控性強：擺動幅度、頻率和速度可精確控制，以滿足不同焊接需求。
三、激光擺動焊接的實現(xiàn)原理
激光擺動主要通過焊接頭實現(xiàn)，當前有兩種焊接頭，分別是振鏡焊接頭和擺動焊接頭。
（1）振鏡焊接頭：
振鏡焊接頭的主要組成部分為擴束準直鏡、聚焦透鏡、XY 兩軸掃描振鏡、控制板卡以及上位機計算機軟件系統(tǒng)。振鏡可以改變激光光束的方向，通過電磁驅動機構帶動擺動或通過步進電機驅動旋轉掃描。通過振鏡的運動，可以實現(xiàn)對光束的快速掃描，控制光斑在焊縫上高速移動，獲得理想的焊縫。光束從QBH進入準直模塊，轉變?yōu)槠叫泄馐俳?jīng)過聚焦模塊進行聚焦，以糾正激光束在聚焦平面上的枕形畸變，保證光束在同一焦平面內的精準移動。目前，實現(xiàn)光束擺動主要通過能夠承受高功率激光的振鏡實現(xiàn)，如圖所示。
振鏡又分為2D和3D振鏡，2D可以實現(xiàn)激光在二維任意軌跡控制，3D振鏡可以實現(xiàn)激光在XYZ，除了左右平面移動，還能在高度上進行調節(jié)。3D 振鏡組成相比于 2D 振鏡主要增加了“Z 軸光學系統(tǒng)”，使得 3D 振鏡在焊接過程中可以自由改變焦點位置，進行空間曲面焊接，無需像 2D 振鏡通過改變載體如機床、機器人的高度來調節(jié)焊接焦點位置。振鏡焊接頭通過電機帶著鏡片進行偏轉，電機由一定的電流進行驅動，具有精度高、慣性小、響應快等優(yōu)點。
（2）擺動焊接頭：
擺動焊接頭通常配備有高精度的控制系統(tǒng)，能夠精確控制激光束的擺動路徑和速度。該系統(tǒng)主要由掃描模塊（電機、鏡片）、準直聚焦模塊、及控制系統(tǒng)（運控板卡）構成，如圖5所示。激光束首先通過掃描模塊被導向，該模塊由兩個反射鏡組成，通過高靈敏度的伺服電機控制擺動。準直聚焦模塊用于將激光束調整為平行光束，并通過聚焦模塊進行聚焦，以確保光束在焊接區(qū)域的焦點位置準確。光束可沿 X、Y 軸方向進行運動。此外，擺動焊接頭還可以配置填絲和加保護氣直吹的功能，進一步提高焊接質量和效率。
激光擺動焊接因其高效、高質量的焊接效果，被廣泛應用于汽車制造、航空航天、電子制造等領域，特別是在需要焊接復雜形狀或高精度要求的零件時，顯示出獨特的優(yōu)勢。激光擺動焊接技術不僅提高了焊接接頭的性能，還擴展了激光焊接在精密制造領域的應用范圍。盡管該技術具有很大的潛力，但在加工參數(shù)的影響方面仍需深入研究。
