激光焊接工艺实践 高功率激光焊接的离焦量恒定问题 2.9 高功率激光焊接的离焦量恒定问题.ppt

* 激光焊接工艺参数介绍 课程名称：激光焊接工艺实践 承担单位：浙江工贸职业技术学院 * 1. 教学目标 了解影响高功率激光焊接工艺中离焦量变化的原因，学习工业领域对这个问题的解决方法。 * 2. 高功率激光焊接工艺中的离焦量 2.1 离焦量的变化及带来的问题 图1 激光焊接飞溅导致离焦量变化示意图 在高功率激光焊接工艺中离焦量的变化如图1所示：飞溅物或其他形式的污染物会在激光发射器的光学表面上发现——保护玻璃窗口。这种污染会使得窗口局部过热，产生热变形和窗口折射率的变化，导致焦点远离工作面而向光学组件移动，从而产生更多污染和焊接熔深的损失。 * 离焦量的变化由激光束传输光学组件性能变化引起。解决方法是研究激光聚焦光学组件的替代方案，设计准则如下： 　　● 尽可能多地减少光学传输装置； 　　● 使用热稳定性较好的光学传输装置； 　　● 在可能的情况下使用金属反射镜； 　　● 提供更好的光学冷却； 　　● 放置最末的光学表面时使其远离工作面； 2.2 离焦量的管理和控制 图2 复合式聚焦光学组件 图2为传统光学组件的替代产品。该组件集合了多种创新的功能。首先，激光光纤发散光束的准直是硫化锌材料透镜完成的，这种材料的热导率是传统的光学传输材料石英玻璃的20倍。其次，这个透镜的平面一侧通过与另一个水冷透镜支架来冷却，从而让准直透镜保持冷却。 * 复合式聚焦光学组件在激光焊接航空领域铝合金材料时仍然出现离焦量改变的问题。新的聚焦光学解决方案是消除所有传输聚焦光学组件，也就是图3给出的第二代产品：气动窗口聚焦光学组件。 图3 气动窗口聚焦光学组件 * 图4 第二代气动窗口反射聚焦光学组件 图4给出的是该反射聚焦光学组件实际照片。实验表明：该组件能成功满足客户的需求，在10mm厚的对接焊板上完成11道3.6m长的焊缝，并且所有焊缝的质量规格都符合要求。 * 图5 不同焊接速度时的激光深熔焊接 图5给出的是用新一代产品进行20kw高功率激光深熔焊接时的熔深变化。材料为2520不锈钢，焊接速度从左到右分别为1m/min、2m/min、3m/min、4m/min和5m/min..可以看出，焊接形状几乎没有变化。新的光学组件很好地解决了离焦量改变对焊接质量的影响问题，证明了该系统在高激光功率工作时的热稳定性。 * 3. 小结 本次课介绍了高激光功率焊接工艺中离焦量的变化原因和解决方案。实践证明，气动光学反射系统在高激光功率条件下工作具有良好的热稳定性。 * 4. 作业思考题 （1）高功率激光焊接工艺中离焦量变化的原因是什么？ （2）高功率激光焊接工艺中解决离焦量变化的方法有哪些？