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解释大功率光纤激光器的远程焊接技术

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-27 15:31:39 * 浏览: 18
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,近年来得到了长足的发展,已被用于提高激光焊接工艺的生产效率和提高其加工灵活性。 RLW的实验研究工作首次出现在1996年,由John Macken提出。 RLW的主要特点是长焦距(最大1600mm),高功率,高光束质量的激光源和振镜扫描装置的完美结合。与传统的激光焊接工艺相比,RLW加工具有更好的灵活性,更快的速度和更短的循环时间。长期以来,RLW技术的研究工作已应用于各种类型的激光器。波长为1080nm的高功率光纤激光器不仅可以实现激光束的光纤传输,而且可以提高加工的灵活性和聚焦精度。 CO2激光的波长更长(10.6μm,m),因此产生的光束无法通过光纤传输。高功率光纤激光器具有合适的波长和出色的光束质量,在RLW应用中具有无与伦比的优势。它们是替代传统CO2激光器和Nd:YAG激光器的理想选择。 RLW的工作原理是通过振镜扫描来反射和定位激光束,以便可以将其高速传输到工件表面[9]。现在,在RLW领域中使用最广泛的是2D扫描。 2D扫描单元实际上是一个振镜系统,其中包含两个可以电动旋转的光扫描镜。该系统可以处理5kW的输出功率,这比3D扫描更经济。当然,RLW还面临许多挑战,例如预处理要求,焊接质量和稳定性要求,提供保护气体的要求以及对镀层板的夹紧和定位的特别注意。与传统的激光焊接相比,RLW需要更多地关注工艺参数。这些参数可以大致分为三类:光束质量,加工参数和材料特性。 2.远程激光焊接过程2.1。工艺原理。 RLW的概念并不是特别新颖。其原理主要是通过扫描仪,将聚焦的激光束反射并定位在工件上方一定距离处。焦距通常在1000〜1600mm之间。 1996年,John Macken使用焦距为1600mm的激光进行了RLW测试,以实现小孔模式焊接。该测试被认为是RLW流程开发历史上的一个里程碑。扫描仪可以帮助激光束正确投射在面积为1mtimes,1m甚至大于2m3的大型工件上,焊接速度可以达到30m / min。常规RLW过程有两种工作模式:集成扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统。带有集成扫描仪的RLW系统使用扫描单元(通常是2D扫描仪)来定位和聚焦激光束,如图1(a)所示,而基于机器人的RLW系统指的是使用长焦距激光光学镜可通过六轴机器人完成操作。如图1(b)所示,机器人负责将激光束定位在工件表面上。 (A)(b)图1.带有集成扫描仪的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,带有集成扫描仪的RLW系统可应用于各种领域,并且处理周期更短,精度更高,但是该系统对激光束的质量要求也比基于机器人的RLW系统更高。表1显示了与传统激光焊接相比,集成扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统之间的性能比较。表1.远程焊接工艺与传统激光焊接工艺的参数比较1 =非常差/低,2 =中等,3 =良好2.2。配置条件要获得良好的远距离焊接结果,必须满足以下三个条件:1扫描仪,以确保激光束的正确传输和定位2.能够进行长焦距操作的高质量高功率光纤激光器3。完全正确地控制过程参数2.2.1。扫描仪扫描仪将确保将所需的焊接路径正确引导到工作台表面上e并快速定位。高度灵活,轻巧的扫描头使光束能够在焊点之间极快地移动,这意味着定位所需的时间将比传统的激光焊接过程少得多。图2显示了扫描头的典型组件。扫描单元主要由一组振镜和透镜组成。在远程焊接中,激光束首先穿过透镜。可以沿光轴移动镜头以更改焦点位置。激光束被X和Y反射镜依次反射和引导,最后沿着预定的焊缝沿工件表面聚焦。图3显示了典型的2D扫描仪系统,该系统包括接缝跟踪传感器,线性投影设备和高灵敏度2D扫描单元。图2.组成扫描头的典型组件图3.2扫描仪系统的主要组件2.2.2。高功率光纤激光器近年来,高功率光纤激光器取得了飞速的发展,并在材料加工应用领域显示出巨大的优势。特性。具有卓越光束质量的高功率光纤激光器可提供超高功率密度峰值,可达到几兆瓦/平方毫米的量级,这对于长距离高速远程激光焊接是必不可少的。