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激光焊接机

工控家百科顾问团

贡献者:工控家001  最后更新:2019-01-29 13:06:44  浏览数:172

光焊接机,又常称为激光焊机、镭射焊机,是激光材料加工用的机器,它是一种新型的焊接方式,主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等,深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,焊接速度快,焊缝平整、美观,焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化

关键词: 激光焊接机概述工作原理应用分类选型指南维护保养注意事项故障排除


1概述

光焊接机,又常称为激光焊机、镭射焊机,是激光材料加工用的机器,它是一种新型的焊接方式,主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等,深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,焊接速度快,焊缝平整、美观,焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化。


2工作原理

激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池。

3应用

激光焊接机应用范围:制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物医学等。

4分类

激光焊接机又常称为激光焊机、能量负反馈激光焊接机、雷射焊接机、镭射焊机、激光冷焊机、激光氩焊机、激光焊接设备等。

按其工作方式常可分为激光模具烧焊机(手动激光焊接设备)、自动激光焊接机、首饰激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜焊接机、手持式焊接机等,专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备。

 


5选型指南

影响激光焊接机质量参数包括:

1、激光脉冲的能量

激光脉冲的能量:是指单个激光脉冲能最大输出的能量,单位是J(焦耳)。这是激光器的一个主要参数,它决定了激光器所能产生的最大能量,按照模具修复的用途来说,激光能量在70J以下已经能满足任何场合的需要了,再大的能量也是白费,或根本用不上,而且带来激光电源体积和散热器体积的不断增大,降低了电源的使用效率。

2、激光束光斑直径

激光光斑聚焦直径:这是反映激光器设计性能的一个极为重要的参数,单位是(mm),它决定了激光的功率密度和加工范围。如果激光器的光学设计合理先进,激光能量集中,聚焦准确,能把激光光斑直径控制在0.2mm-2mm的范围,而能否把激光的聚焦直径控制在 0.2mm是对激光发生器的一个严格的考验。国内一般设计的激光器,由于只想降低成本,因此,激光的器件加工简陋,设计并不严谨,激光在谐振腔里发散严重,导致难以准确聚焦,其激光器输出的激光光斑直径根本达不到标称的0.2mm,而只能最小达到0.5mm,而由于激光的发散,令输出的激光束不能呈规则的圆形,这就造成了激光实际照射区域过大,出现烧蚀焊缝的现象,即在焊缝的两端出现不必要的激光照射而令焊缝两端呈现凹陷,这种现象对于修补已经抛光的模具影响尤为严重,有时甚至会令模具报废。同普公司的激光器设计精良,选料严格,精心调试,使其激光器输出的光束光斑直径能进行精密的监控,使聚焦光斑的大小最小能达到0.2mm,并能在0.2mm和2mm的范围里进行无级调节,达到国际的先进水平。

3、激光脉冲的频率

激光脉冲的频率:这是反映激光器在一秒内能打出多少个脉冲的能力,单位是(Hz)。首先需要说明的是,焊接金属是使用激光的的能量,而在激光功率恒定的情况下,频率越高,每个激光输出的能量就越小,因此,我们需要在保证激光的能量足够熔化金属的情况下,考虑加工的速度,才能定出激光的输出频率。在激光修补磨具的场合,15Hz已经能满足焊接的需要了,过高的频率势必造成激光的脉冲能量过低,从而造成焊接失败。

4、激光的脉冲波形及被焊材料的相对光吸收率

激光的脉冲波形:对于采用脉冲激光进行焊接的加工,激光脉冲波形在脉冲激光焊接中是一个重要的问题。当高强度的激光入射至材料的表面时,金属表面会将60%~98%的激光能量反射掉,且反射率随表面温度变化。因此,不同的金属对于激光的反射率和激光的利用率都不一样,要进行有效的焊接就必须输入不同波形的激光,这样焊缝处的金属组织才能在最佳的方式结晶,形成与基体金属一致的组织,才能形成高质量的焊缝。国内一般的机器都采用廉价的单波形激光电源,因此,其焊接的柔性较低,难以适应多种模具材料的焊接,并且经常要进行返工,大大浪费了焊接材料的时间,并可能造成模具的报废。不同的金属材料表面对激光的反射和吸收程度差别很大,而同一束激光对不同的金属会产生不同的焊接效果,并影响其熔深、焊接速度、结晶速度和硬度,因此单一的矩形波焊接并不能解决不同的模具金属焊接的要求。

5、节制特征:反馈节制方法、功率波形的抉择

在抉择激光功率波形时,一般来说,在输入雷同的激光能量的条件下,脉宽越宽,焊斑越大;激光功率波形峰值功率越高,焊斑越深。

 


6维护保养

激光焊接机的日常使用与维护必须由经过专门培训的人员进行,否则容易产生严重的人为损坏。保养过程中,还需要注意以下六点事项:

1、冷却水的纯度是保证焊枪激光输出效率及激光器聚光腔组件寿命的关键,使用中应每周检查一次内循环水的电导率,保证其电导率30.5MW/cm,每月必须更换一次内循环的去离子水,新注入纯水的电导率必须32MW/cm。随时注意观察冷却系统中离子交换柱的颜色变化,一旦发现交换柱中树脂的颜色变为深褐色甚至黑色,应立即更换树脂;

2、在气温较高或较潮湿的环境下,焊枪激光器运行中应随时注意观察冷却水循环的管道或激光聚光腔上是否出现因水温过低产生的“凝露”现象。“凝露”出现会造成YAG晶体端面的损伤,导致输出功率下降甚至不能出光,使用中一定要加以注意。如果出现“凝露”应立即停止激光焊接机的使用,待聚光腔表面的水分自然干燥后重新检查YAG光学表面的状况,确定是否要清洗YAG棒,检查一切正常的情况下才能再次开机,开机前注意适当调高温控器的下限设定温度。正常运行中还应注意观察制冷系统的钛管上是否结霜,如果出现结霜,可能是制冷系统中的氟利昂不够所致,应立即请有关的专业人士进行补充并检查是否存在泄露;

3、将万用表置于2MW电阻档,把两支表笔测量端的金属外露部分以1cm的间隔距离,平行地插入冷却水面,此时的电阻读数至少应大于250kW。若读数低于此数值,应立即更换焊枪冷却水;

4、为了保证焊枪激光器一直处于正常的工作状态,连续工作二周后或停止使用一段时间时,在开机前首先应对YAG棒、介质膜片及镜头保护玻璃等光路中的组件进行检查,确定各光学组件没有灰尘污染、霉变等异常现象,如有上述现象应及时进行处理,保证各光学组件不会在强激光照射下损坏;

5、设备操作人员可以经常用黑色像纸检查激光器输出光斑,一旦发现光斑不均匀或能量下降等现象,应及时对焊枪激光器的谐振腔进行调整,确保激光输出的光束质量;

6、检查焊枪保护连锁电路不锈钢焊条:该冷却系统专门针对激光设备的特点,设计了超温声音报警,超温连锁,流量开关连锁,液位保护连锁等保护措施。使用中应经常检查以上保护电路,保证其功能正常有效。检查工作可以利用换水时进行。

 


7注意事项

为了确保使用激光焊接机时的安全与防护,必须对激光危害严加控制,做好工程控制、个人防护及安全管理。

1、工程控制

工程控制是指对激光器或激光加工系统在结构上所采取的安全措施,主要包括:防护罩——用以防止工作人员接受超过最大允许照射量;安全连锁——指与防护罩相连的、在移开防护罩时可避免辐射的自动装置;安全光路——对辐照可能引起燃烧或次级辐射的光路予以封闭;钥匙开关——泛指取下钥匙时,激光器转;光束终止——为了使激光束不超越受控的加工作业区,可使用光束终止器或衰减器。

2、个人防护

主要指穿戴耐火、耐热的激光防护服,配戴能够选择性地衰减特定激光波长的激光防护眼镜、配戴用于行车记录仪紫外激光源的激光防护面罩、配戴可避免直射或散射激光造成损害的激光防护手套。

3、安全管理

安全管理主要包括设置专门机构或人员,明确职责、权利:包括安全培训以及医学监督等。

 


8故障排除

激光焊接机常见故障及处理方法:

1、激光焊接机焊接的熔深不够

(1)激光能量不够,可提高脉宽,提高电流来解决。

(2)聚焦镜离焦量不对,应调整离焦量至靠近焦点位置(但不能有飞溅物产生)。

2、激光焊接机焊接时出现裂纹

(1)保护气的流量过大,可减小保护气的流量来解决。

(2)工件的冷却速度过快,应调整夹具上的冷却水的温度,提高水温。

(3)工件没清洗干净,遇到这种情况需要重新清洗工件。

(4)工件间的配合间隙过大或有毛刺,应该提高工件的加工精度。

3、激光焊接机焊接时火苗减弱

(1)冷却水污染或长期没更换冷却水,更换冷却水并清洗滤紫外玻璃管和氙灯就可解决。

(2)聚焦镜片或激光器的谐振腔膜片出现损坏或污染情况,应该及时进行更换或者清洗。

(3)主光路激光偏移,调整主光路全反和半反膜片,采用像纸检查并调圆光斑。

(4)激光没有从聚焦头下面的铜气嘴的中心输出,调整45度反射膜片,使激光从气嘴的中心输出。

(5)光闸没有完全弹开,检查并在光闸连接件上加润滑油,使连接件机械上能顺畅。

4、激光焊接机焊接时焊缝很黑

(1)保护气的气流方向错误,应使保护气的气流方向和工件的运动方向相反。

(2)氮气没开,只要打开氮气就可解决。

 

 


参考资料

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