激光焊接领域激光焊接头的主要性能与结构

来源:斯诺克录像回放    发布时间:2024-01-08 10:59:12

  激光焊接是最早普及的激光工业应用之一,国内外很多重要的激光应用公司都是从激光焊接起步。乃至现在,激光焊接技术已成为很多行业的标准工艺,比如汽车、航空和近年兴起的动力电池等行业。

  无论采用什么样的激光源,焊接的目的是将两块材料,可能是同种材料,也可能是不一样的材料,加热融化,然后重新凝结成一块材料。

  焊接本身是一个看似简单,其实极其复杂的过程(见图1),其中涉及两种材料的融化、熔池的形成和混合、等离子气体的产生、保护气体的作用,以及重结晶和材料相变等过程。材料温度从室温迅速上升到1000多度,然后又迅速降到室温附近。这一切都在接近千分之一秒的时间内完成。焊接完成的材料具备与原本材料类似或者更好的性能,例如机械强度相当、抵抗腐蚀能力不变等。

  如此复杂且多变的过程却要求保证极高的良品率,除了工艺探索中的反复尝试和技术创新外,整个焊接过程的优异控制性以及调整能力都是必不可少的。这些要求同样适用于激光焊接头,只是简单地提供聚焦能力是远远不足的,具备精确的控制性和丰富的调整能力才算的上是一个现代的焊接头。

  现代的激光焊接头已不再是单纯的光机组件,而是融合了光学、机械、传感、影像、控制、通信、态势感知和算法等多种功能集于一体的、具备前端智慧的子系统。先进的激光焊接头应该成为智慧化加工系统的重要基础。

  (1)对激光聚焦光斑的多维度控制能力。包括自动对焦、光斑摆动、平顶光束等现代手段;

  (2)当加工状态偏离设定目标时的快速应变能力,例如由于定位误差导致的焊缝偏离、加工中材料的变形等,从而减轻主机系统的执行负担;

  (3)可拓展的通信能力。说到底,激光焊接头也只是一个末端组件,因此就需要与主机系统来进行大量的数据交换,包括实时的影像、焊接头的工作状态,以及主机系统发过来的动作参数等。在一个中等规模的加工生产线台不同的激光焊接机同时工作,因此焊接头需要具备寻址功能、双向缓存和适应不一样拓扑结构的多种通信接口。

  典型的激光焊接头的结构如图2所示,它包含了大多数先进焊接头的功能,而实际的激光焊接头是这个结构的一个合理裁剪版。按照每个功能模块的相对重要性的顺序,这些结构作用和组成如下:

  将光纤激光器输出的激光束,经过准直和聚焦到工作面上。由于高功率激光的热问题,激光焊接头一定要具有焦点的热补偿能力。

  在焊接过程中产生大量烟雾等污染物,合理的气门设计和具备防污染性能的窗口片,能够更好的降低产线的停工时间,并有效地控制配件更换的成本。

  扫描路径可编程能力和每分钟大于1万转(10000 rpm)的摆动速度,对于防止飞溅、提高工艺稳定性,尤其是对某些难焊材料的焊接至关重要,是现代激光焊接头的一个显著特征。

  用于探测焊接头的温度、内部气压和镜片的污染等实时使用状况。其中比较特殊的高度传感器和防撞传感器,是用于检测焊接头与加工面的距离,及出现误运动时,及时发出警报信号。在与机械手配合工作时,特别有价值。

  在焊接复杂3D曲面时,尤其是存在快速变化的曲线、热变形导致的工件起伏等情况时,利用焊接头本身的快速调焦和补偿功能,可以轻松又有效地减缓中控系统的运算负荷,提高补偿速度和效率。

  在遇到难加工材料,如铜铝的焊接,能够准确的通过焊接件的特性进行光斑强度分布的调整,会带来意想不到的好结果。

  焊缝跟踪无疑是减轻前期处理和工装夹具精度的有用功能。另一方面,对于小批量、多品种的焊接加工,也极大地降低了焊接编程的工作量,最受工程师的欢迎。

  基于微芯片和处理器的中控系统的功能越来越强大,也是未来最具提升价值的一块。

  松盛光电同轴测温视觉单聚焦激光焊接头利用系统同轴CCD摄像头与监视装置,对被焊接工件做定位。激光控制单元接收定位完成信号,激光对焊接区域进行设定时间内的局部照射。激光焊接系统是以激光二极管为热源,通过激光实行局部非接触 加热,它具有非接触性,无需更换烙铁头,激光光束直径小等优点。特别是有部分不适用波峰,回流的部品,只可以通过后装工序,利用局部加热方法来完成整个产品的组装。