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激光焊接機(jī)

工作原理

       激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱,激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散,將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式,主要針對薄壁材料、精密零件的焊接,可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對接焊、疊焊、密封焊等,深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區(qū)小、變形小,焊接速度快,焊縫平整、美觀,焊后無需處理或只需簡單處理,焊縫質(zhì)量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點(diǎn)小,定位精度高,易實(shí)現(xiàn)自動化。

主要種類

       激光焊接機(jī)又常稱為激光焊機(jī)、能量負(fù)反饋激光焊接機(jī)、雷射焊接機(jī)、鐳射焊機(jī)、激光冷焊機(jī)、激光氬焊機(jī)、激光焊接設(shè)備等。按其工作方式常可分為激光模具燒焊機(jī)(手動激光焊接設(shè)備)、自動激光焊接機(jī)、首飾激光焊接機(jī)、激光點(diǎn)焊機(jī)、光纖傳輸激光焊接機(jī)、振鏡焊接機(jī)、手持式焊接機(jī)等,專用激光焊接設(shè)備有傳感器焊機(jī)、矽鋼片激光焊接設(shè)備、鍵盤激光焊接設(shè)備。

       可焊接圖形有:點(diǎn)、直線、圓、方形或由AUTOCAD軟件繪制的任意平面圖形。

發(fā)展歷史

       在20世界70年代以前,由于高功率連續(xù)波形(CW)激光器尚未開發(fā)出來,所以研究重點(diǎn)集中在脈沖激光焊接(PW)上。早期的激光焊接研究實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器,1ms脈沖典型的峰值輸出功率Pm為5KW左右,脈沖能量為1~5J,脈沖頻率就小于等于1赫茲。當(dāng)時雖然能夠活的較高的脈沖能量,但這些激光器的平均輸出功率P卻相當(dāng)?shù)?,這主要是由激光器很低的工作效率和發(fā)光物質(zhì)的受激性狀決定。激光器由于具有較高的平均功率,在它出現(xiàn)之后很快就成為點(diǎn)焊和縫焊的優(yōu)選設(shè)備,其焊接過程是通過焊點(diǎn)搭接而進(jìn)行的,直到1KW以上的連續(xù)功率波形激光器誕生以后具有真正意義的激光縫焊才得以實(shí)現(xiàn)。

焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

       隨著數(shù)字化技術(shù)日益成熟,代表處動地接技術(shù)的數(shù)字焊機(jī)、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進(jìn)入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎(chǔ)工程,有效地促進(jìn)了先進(jìn)焊接特別是焊接自動化技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向“高效、自動化、智能化”。我國的焊接自動化率還不足30%,同發(fā)達(dá)工業(yè)國家的80%差距甚遠(yuǎn)。從20世紀(jì)未國家逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎(chǔ)焊接方式——?dú)怏w保護(hù)焊,來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,已初見成效??梢灶A(yù)計在未來,國內(nèi)自動化焊接技術(shù)將以前所未有的速度發(fā)展。

高效、自動化焊接技術(shù)的現(xiàn)狀

       20世紀(jì)90年代,我國焊接界把實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化、自動化作為戰(zhàn)略目標(biāo),已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實(shí)施,在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動化,研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù),發(fā)展應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計與制造;藥芯焊絲由2%增長到20%;埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內(nèi)會超過實(shí)芯焊絲,最終將成為焊接中心的主導(dǎo)產(chǎn)品。

焊接自動化技術(shù)的展望

       電子技術(shù)、計算機(jī)微電子住處和自動化技術(shù)的發(fā)展,推動了焊接自動化技術(shù)的發(fā)展。特別是數(shù)控技術(shù)、柔性制造技術(shù)和信息處理技術(shù)等單元技術(shù)的引入,促進(jìn)了焊接自動化技術(shù)革命性的發(fā)展。

       (1)焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動化的核心問題之一,也是我們未來開展研究的重要方向。我們應(yīng)開展最佳控制方法方面的研究,包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,以及專家系統(tǒng)的研究。

       (2)焊接柔性化技術(shù)也是我們著力研究的內(nèi)容。在未來的研究中,我們將各種光、機(jī)、電技術(shù)與焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)焊接的精確化和柔性化。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備,是提高焊接自動化水平淡的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類焊接機(jī)械設(shè)備,以提高其柔性化水平,是我們當(dāng)前的一個研究方向;另外,焊接機(jī)器人與專家系統(tǒng)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、自動校正軌跡、自動控制熔深等功能,是我們研究的重點(diǎn)。

       (3)焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術(shù)的集成和焊接技術(shù)與信息技術(shù)的集成。集成系統(tǒng)中信息流和物質(zhì)流是其重要的組成部分,促進(jìn)其有機(jī)地結(jié)合,可大大降低信息量和實(shí)時控制的要求。注意發(fā)揮人在控制和臨機(jī)處理的響應(yīng)和判斷能力,建立人機(jī)圣誕的友好界面,使人和自動系統(tǒng)和諧統(tǒng)一,是集成系統(tǒng)的不可低估的因素。

       (4)提高焊接電源的可靠性、質(zhì)量穩(wěn)定性和控制,以及優(yōu)良的動感性,也是我們著重研究的課題。開發(fā)研制具有調(diào)節(jié)電弧運(yùn)動、送絲和焊槍姿態(tài),能探測焊縫坡開頭、溫度場、熔池狀態(tài)、熔透情況,適時提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機(jī),并應(yīng)積極開發(fā)焊接過程的計算機(jī)模擬技術(shù)。使焊接技術(shù)由“技藝”向“科學(xué)”演變輥實(shí)現(xiàn)焊接自動化的一個重要方面。本世紀(jì)頭十年,將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時期。我們廣大焊接工作者任重而道遠(yuǎn),務(wù)必樹立知難而上的決心。抓住機(jī)遇,為我國焊接自動化水平的提高而努力奮斗。

使用方法

       激光焊接機(jī)的使用方法主要包括以下幾個步驟:

一、使用前準(zhǔn)備

       閱讀說明書與培訓(xùn):首先,應(yīng)仔細(xì)閱讀激光焊接機(jī)的使用說明書,并接受相關(guān)的操作培訓(xùn),以確保操作人員熟悉設(shè)備的功能和安全規(guī)范。

       穿戴防護(hù)用品:在操作過程中,必須正確穿戴焊接時必備的防護(hù)用品,如防護(hù)眼鏡、防護(hù)服、手套等,以防止激光輻射和其他潛在傷害。

二、開機(jī)前檢查

       檢查設(shè)備外觀:確保激光焊接機(jī)外觀干凈無灰無油,無雜物堆放,以免影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

       檢查冷卻系統(tǒng):檢查冷卻水水位是否在正常范圍之內(nèi),并保持清潔。冷卻系統(tǒng)對于激光焊接機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要,因此必須定期檢查和維護(hù)。

       檢查氣體供應(yīng):對于需要使用輔助氣體的激光焊接機(jī)(如氬氣),應(yīng)檢查氣體瓶是否連接正常,氣體壓力是否足夠。

三、啟動設(shè)備

       連接電源:將激光焊接機(jī)連接到穩(wěn)定的電源上,并打開總電源開關(guān)。

       啟動各組件:按順序啟動水冷機(jī)、激光發(fā)生器等關(guān)鍵組件。注意,啟動順序應(yīng)遵循設(shè)備說明書的要求。

       調(diào)節(jié)參數(shù):根據(jù)焊接工藝要求,調(diào)整激光焊接機(jī)的參數(shù),如功率、脈沖頻率、脈沖寬度等。這些參數(shù)的設(shè)置將直接影響焊接效果和質(zhì)量。

四、進(jìn)行焊接

       放置工件:將待焊接的工件放置在激光焊接機(jī)的工作臺上,并固定好,以確保焊接過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

       執(zhí)行焊接:打開激光焊接機(jī)的開關(guān),開始進(jìn)行焊接。在焊接過程中,應(yīng)保持焊接頭與工件之間的距離和角度穩(wěn)定,以確保焊接質(zhì)量。同時,注意觀察焊接效果,并根據(jù)需要進(jìn)行微調(diào)。

       安全防護(hù):在焊接過程中,切勿用手等身體部位接觸激光束,以免發(fā)生危險。激光焊接機(jī)的焊槍槍口也切勿直射自己或他人。

五、關(guān)閉設(shè)備

       退出程序:焊接完成后,首先退出焊接程序,確保設(shè)備處于安全狀態(tài)。

       關(guān)閉組件:按順序關(guān)閉激光發(fā)生器、水冷機(jī)等關(guān)鍵組件。注意關(guān)閉順序應(yīng)遵循設(shè)備說明書的要求。

       斷開電源:最后關(guān)閉總電源開關(guān),并斷開與電源的連接。

六、后續(xù)工作

       檢查焊接質(zhì)量:焊接完成后,應(yīng)對焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量檢查,確保焊接效果符合要求。如有必要,可進(jìn)行必要的修整。

       清理現(xiàn)場:清理焊接產(chǎn)生的殘留物和碎屑,保持工作現(xiàn)場的整潔和安全。

       總之,激光焊接機(jī)的使用方法需要嚴(yán)格遵循設(shè)備說明書的要求和安全規(guī)范。通過正確的操作和維護(hù),可以確保激光焊接機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效工作。

參數(shù)設(shè)置表

       激光焊接機(jī)參數(shù)設(shè)置表是一個綜合性的文檔,它詳細(xì)列出了在使用激光焊接機(jī)進(jìn)行焊接作業(yè)時所需調(diào)整的各項(xiàng)參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)置對于焊接質(zhì)量、效率和安全性都至關(guān)重要。以下是一個概括性的激光焊接機(jī)參數(shù)設(shè)置表,具體參數(shù)可能會因設(shè)備型號、焊接材料和應(yīng)用場景的不同而有所差異。

激光焊接機(jī)參數(shù)設(shè)置表

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激光功率 設(shè)置激光器的輸出功率,影響焊接能量密度。根據(jù)焊接材料的厚度和焊接速度調(diào)整。焊接材料越厚,所需功率越高。 W
激光脈沖頻率 設(shè)置激光脈沖的發(fā)射次數(shù),影響焊接速度。一般情況下,脈沖頻率越高,焊接速度越快,但需注意平衡焊接質(zhì)量。 Hz
激光脈沖寬度 設(shè)置激光脈沖信號的持續(xù)時間,影響焊接的深度和寬度。焊接材料的厚度越大,脈沖寬度可能需要相應(yīng)增加。注意,不同來源可能以納秒(ns)或毫秒(ms)為單位。 ns/ms
激光光斑大小 設(shè)置激光焊接光斑的直徑大小,影響焊接區(qū)域的精確度和熱影響區(qū)。根據(jù)焊接要求和材料特性調(diào)整。 mm
激光焦距 設(shè)置激光光斑與焊件之間的距離,影響焊接的聚焦效果和能量分布。 mm
焊接速度 設(shè)置激光光斑在焊接過程中的移動速度,影響焊接效率。需根據(jù)焊接材料和功率設(shè)置合理調(diào)整。 mm/s
焊接溫度 設(shè)置焊接過程中的溫度控制范圍,確保焊接質(zhì)量和避免材料過熱。注意,不是所有激光焊接機(jī)都直接設(shè)置焊接溫度,而是通過控制激光參數(shù)間接控制。
加工模式 設(shè)置激光焊接的模式,通常有連續(xù)模式和脈沖模式兩種選擇。根據(jù)焊接需求選擇合適的模式。 -
功率緩升時間 激光功率從0%到設(shè)定值所用到的時間,手持焊接時建議設(shè)置為0ms,以減少預(yù)熱時間。 ms
功率緩降時間 激光功率從設(shè)定值到達(dá)停止出光所延續(xù)的時間,手持焊接時建議設(shè)置為0ms,以減少冷卻時間。 ms
PWM頻率 每秒鐘信號從高電平到低電平再回到高電平的次數(shù),影響激光輸出的穩(wěn)定性和精度。建議設(shè)置在合理范圍內(nèi),如800Hz-5000Hz。 Hz
PWM占空比 一個脈沖周期內(nèi)高電平在整個周期占的比例,影響激光輸出的平均功率。建議設(shè)置在合理范圍內(nèi),如70%-80%。 %
開光前吹氣延時 第一次觸發(fā)加工信號開始吹氣到開始出光所需要的時間,手持焊接時建議開啟一定時間(如50ms),以清除焊接區(qū)域的雜質(zhì)。 ms
關(guān)光后吹氣延時 斷開觸發(fā)加工信號后吹氣繼續(xù)延續(xù)的時間,手持焊接時建議設(shè)置為一定時間(如50ms),以冷卻焊接區(qū)域。 ms

注意事項(xiàng)

       1、參數(shù)調(diào)整:在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)焊接材料的厚度、速度、深度和寬度等因素,結(jié)合設(shè)備說明書和制造商提供的操作指南,合理調(diào)整激光焊接機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。

       2、安全操作:在使用激光焊接機(jī)時,務(wù)必遵守安全操作規(guī)程,佩戴好個人防護(hù)裝備,避免直視激光束,確保人身安全。

       3、設(shè)備維護(hù):定期對激光焊接機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),檢查設(shè)備各部件的工作狀態(tài),及時更換磨損件,確保設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

       以上信息僅供參考,具體參數(shù)設(shè)置還需根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)備說明書進(jìn)行調(diào)整。 


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