侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

高功率光纤激光器远程焊接技术

2015-08-05 10:05
棒棒书香
关注

  1. 简介

  远程激光焊接技术(RLW),作为一种非接触式机器人激光焊接工艺,近些年已经获得了较大发展,并被应用于提高激光焊接工艺的生产效率,改善其加工的灵活性。RLW的试验研究工作最早出现于1996年,由John Macken提出。RLW的主要特征是长焦距(可达1600 mm)、高功率、高光束质量激光源与振镜扫描装置的完美结合。与传统激光焊接工艺相比,RLW加工的灵活性更好,速度更快,周期更短。

  一直以来,RLW技术研究工作被应用于各种类型的激光器。波长1080nm的高功率光纤激光器不仅能够实现激光束的光纤传输,还能够强化加工的灵活性及聚焦的精准度。而CO2激光器由于波长较长(10.6 μm),所以生成的光束不可能通过光纤传输。高功率光纤激光因其合适的波长及优良的光束质量,在RLW应用领域具有无可比拟的优势,是取代传统CO2激光和Nd: YAG激光的理想选择。

  RLW的工作原理是通过振镜扫描对激光光束进行反射和定位,使其以高速传输到工件表面[9]。现在,在RLW领域应用最为广泛的是2D扫描。2D扫描单元其实是一个振镜系统,包含两个可电动旋转的轻型扫描镜。该系统可处理5 kW输出功率,比3D扫描更经济。

  当然,RLW也面临着诸多挑战, 比如对预加工的要求、对焊接质量和稳定性的要求、需要提供保护气体、需要特别注意镀层薄板的夹持和定位等。与传统的激光焊接相比,RLW需要关注的工艺参数更多。这些参数大致可以分为光束质量、加工参数及材料属性三大类。

  2. 远程激光焊接工艺

  2.1. 工艺原理

  RLW的理念并不是特别新奇,其原理主要是通过扫描仪,在工件上方一定距离对聚焦的激光光束进行反射和定位,焦距通常在1000~1600 mm之间。1996年,John Macken进行了第一次RLW试验,采用焦距为1600 mm的激光实现了小孔模式焊接,该试验被认为是RLW工艺发展史上的里程碑。扫描仪能够帮助激光光束正确投射在面积为1 m×1 m,甚至是超过2 m3的大型工件上,焊接速度可达30 m/min。

  一般RLW工艺有两种工作模式:集成扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统。集成扫描仪的RLW系统是利用一个扫描单元(一般为2D扫描仪)对激光光束进行定位和聚焦,如图1(a)所示;而基于机器人的RLW系统则是指通过一个长焦距激光光学镜与一个六轴机器人完成操作,由机器人负责激光光束在工件表面的定位,如图1(b)所示。

  (a)                                   (b)

  图1. 集成扫描仪的RLW系统(a)和基于机器人的RLW系统(b)

  与基于机器人的RLW系统相比,集成扫描仪的RLW系统可应用于多种领域,且加工周期更短,精准度更高,但是这种系统对激光光束的质量要求也比基于机器人的RLW系统高很多。表1为集成扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统与传统激光焊接的性能比较。

  表1. 远程焊接工艺和传统激光焊接工艺的参数对比

  1=很差/很低;2=一般;3=良好

  2.2. 配置条件

  要想获得好的远程焊接结果,必须满足以下三个条件:

  1.    一台确保激光光束正确传输和定位的扫描仪

  2.    一台能够进行长焦距作业的高质量高功率光纤激光器

  3.    全面正确地控制工艺参数

  2.2.1. 扫描仪

  扫描仪将确保光束根据所需的焊接路径在工件表面正确引导,并快速定位。高度灵活的轻型扫描头能够使光束在焊点之间极为快速地移动,这也就意味着定位所需的时间将远远低于传统激光焊接工艺。

  图2所示为一个扫描头的典型元件。扫描单元主要由一组振镜和透镜构成。在远程焊接中,激光光束首先会通过透镜。透镜可以沿着光轴移动,从而改变焦点位置。激光光束通过X振镜和Y振镜被相继反射和引导,最后沿着既定的焊缝,在工件表面精确聚焦。图3表示一个典型的2D扫描仪系统,其中包括焊缝追踪传感器,直线投影设备以及高灵敏度的2D扫描单元。

  图2. 构成扫描头的典型元件

  图3. 2D扫描仪系统的主要部件

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号