大功率光纤激光远程焊接技术

1.引言远程激光焊接技术（RLW）作为一种非接触式机器人激光焊接工艺，近年来得到了极大的发展，用于提高激光焊接工艺的生产率，提高加工的灵活性。 。 RLW的实验工作首次出现于1996年，由John Macken提出。 RLW的主要特点是长焦距（高达1600mm），高功率，高光束质量的激光光源和振镜扫描装置的完美组合。与传统激光焊接工艺相比，RLW处理提供更大的灵活性，速度和更短的周期时间。 RLW技术研究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，还可以提高加工的灵活性和聚焦精度。由于CO2激光器具有长波长（10.6μ，m），所产生的光束不能通过光纤传输。由于其合适的波长和出色的光束质量，高功率光纤激光器在RLW应用中具有无可比拟的优势，使其成为替代传统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反射和定位激光束，以高速将其传输到工件表面[9]。现在，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电流计系统，包含两个可以电动旋转的光扫描镜。该系统可以处理5kW输出功率，比3D扫描更经济。当然，RLW还面临许多挑战，例如预加工要求，焊接质量和稳定性要求，需要提供保护气体，以及特别注意涂层板的夹紧和定位。与传统激光焊接相比，RLW需要更加注重工艺参数。这些参数可大致分为三类：光束质量，加工参数和材料特性。 2.远程激光焊接工艺2.1。工艺原理RLW的概念并不是特别新颖。原理主要是通过扫描仪将聚焦激光束反射并定位在工件上方一定距离处。焦距通常在1000到1600毫米之间。 1996年，John Macken进行了第一次RLW测试，该测试使用焦距为1600 mm的激光进行小孔模焊接，这被认为是RLW工艺开发历史上的一个里程碑。扫描仪可以帮助激光束在面积为1m，1m，甚至超过2m3的大型工件上正确投射，焊接速度可达30m / min。一般的RLW过程有两种操作模式：带集成扫描器的RLW系统和基于机器人的RLW系统。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。基于机器人的RLW系统是指长焦距激光光学系统。镜子由六轴机器人操作，该机器人负责将激光束定位在工件表面上，如图1（b）所示。 （a）（b）图1.带集成扫描器的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，集成扫描器RLW系统可应用于许多领域，并且处理周期更短更精确，但激光束的质量要求远高于基于机器人的RLW系统。表1比较了RLW系统与集成扫描仪和基于机器人的RLW系统与传统激光焊接的性能。表1.远程焊接工艺与传统激光焊接工艺之间的参数比较1 =非常差/非常低，2 =一般，3 =良好2.2。配置条件为了获得良好的远程焊接结果，必须满足以下三个条件：确保激光束正确传输和定位的扫描仪2.高质量，高功率光纤激光器，可进行长焦距操作3.全面正确控制工艺参数2.2.1。扫描仪将确保光束基于所需的焊接路径在工件表面上正确引导并快速定位。高度灵活，轻便的扫描头允许光束在焊缝之间移动得非常快r接头，这意味着定位所需的时间将远低于传统的激光焊接工艺。图2显示了扫描头的典型组件。扫描单元主要由一组检流计和透镜组成。在远程焊接中，激光束首先通过透镜。可以沿光轴移动镜头以改变焦点位置。激光束由X电流计和Y电流计连续反射和引导，最后沿给定焊缝精确聚焦在工件表面上。图3显示了典型的2D扫描仪系统，包括焊缝跟踪传感器，线性投影设备和高灵敏度2D扫描单元。图2.构成扫描头的典型组件。图3.2扫描仪系统的主要组件。