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激光復合焊的應用
時間:2021-12-28 11:27 點擊次數:
     隨著時代的發展,隨著科技的進步,眾多客戶開始意識到尖端生產工藝的重要性,例如激光焊接和切割等。一系列的因素正驅動著這一趨勢的發展,其中包括:
1) 對產品更高質量的要求;
2)激光系統成本的降低
3)激光復合焊的產生。
    激光復合焊接是材料加工應用中的一種新型工藝,在激光自動化專家的不懈努力下已實現工業應用。激光復合焊的優勢主要在于熱變形小,焊接速度快,機械性能極佳。得益于諸如高精度大型龍門式機器人,內部光路集成,離線編程等各種技術,激光復合焊工藝自動化已經成為最前沿的制造技術。
    激光復合焊 兼備電弧焊(比如惰性氣體保護焊MIG)與激光焊的工藝特點,其極佳的焊接效果是其它工藝無法達到的。
    MIG焊具有較高的熔敷率,可以增強焊縫間隙的容忍度,而激光能量集中,更有助于提高熔深,往往不需要對母材本身進行特殊預處理。
    激光復合焊具有以下幾點優勢
焊接效果深而且焊道窄;
焊接速度快;
熱輸入低;
熱影響區??;
熱變形??;
焊縫質量高,外觀佳,物理性能好;
返工率低;
焊縫底部控制好,可實現單面焊雙面成形。
激光復合焊可應用于鐵路機車(如車廂側墻),集裝箱,工程機械(如高強度起重機臂架),汽車及汽車配件,造船等行業。隨著工藝研發的深入,激光復合焊工藝自動化將被引入更多行業。
    激光發生器
    激光復合焊需要優質的連續(非脈沖)光纖激光源。一般情況下,激光復合焊所需的激光功率為8-16kW,工件厚度越大,需要的功率也就越高。目前為止,只有少數激光器制造商可以提供適用于LHW的高功率激光發生器。光纖激光器操作靈活度高,可實現激光頭與工件作相對運動。如果用CO2激光發生器,那么可能就需要移動工件來進行操作,而且能耗較高。使用激光的波長一般在880 nm~1100 nm。如果結合高功率的需求來講,光纖激光發生器或碟片激光發生器是較好的選擇。至于生產節拍,有時一條焊縫往往需要8到10分鐘,更換部件大約需要5分鐘,然后移至另一條焊縫進行作業,這使得冷卻系統成為關鍵。
    激光焊焊頭
激光功率取決于激光發生器,而光束控制是取決于光路傳輸系統(即激光焊頭)。復合焊工藝應用對光束的傳輸及路徑上需要很高的精度控制。除高精度外,焊接中使用的激光頭必須堅固耐用,以滿足在極端條件下作業。因為要配合MIG焊槍使用,LHW的激光頭必須配置專用氣簾與防護鏡片來防止弧焊產生的飛濺物。
    柔性加工
    激光復合焊的靈活度和焊接質量關鍵在于使用適合的機器人,同時配置相應的激光工具頭和焊槍系統。要求較高的路徑精度和重復定位精度,因此徠斯高強度的龍門式機器人系統非常適用。龍門式機器人擁有較大的工作范圍,可加工大型工件,同時節省地面空間(見圖2)。龍門式機器人配置成為機器人三維運動最大的柔性可能。
此外, 復合焊激光頭( 圖3 ) 有一定重量,所以對機器人的有效負載也有一定的要求,整個龍門式機器人系統設計非常強勁,足以承受動態負載,同時仍可保證高精度。
不同工件焊接編程的簡易程度和速度是生產操作的關鍵。圖紙文件的導入快速生成加工程序,實現不中斷生產是效率最大化的重點,離線編程可以實現整個系統運行的優化。徠斯機器人ProVis程序可實現工作單元,機器人和工件的可視化,可使程序員在不影響生產的情況下編寫部件的焊接程序。
除了機器人的控制精度,需要特別注意的是在上述激光復合焊系統中,可集成焊接電源,激光器,保護氣體,視覺系統等編程和控制。盡管機器人系統坐標系異常復雜,但徠斯的RobotStarVI控制系統和新型reisPAD 示教盒讓編程作業變得十分直觀,干脆并且快速。
激光復合焊需使用高功率激光,因此,車間安全至關重要。激光工作室必須配置特殊的傳感器與開關控制來防止激光誤射。激光工作室必須設有急??刂?。徠斯專利產品LaserSpy監控器可以避免光束外泄的風險,大大增加激光房工作室操作安全性。
    實際應用
    機器人激光復合焊應用案例之一,圖4為某工廠已經交付的激光復合焊接系統,具體工件是重型移動式起重機的長臂架(見圖2)。減少高強度鋼焊材的填充量可減少起重機臂架重量,這點在加工長達72米伸縮臂時尤為顯著。即便是兩倍的焊速,焊接效果也遠優于常規工藝。
如用低于0.5 m/min的常規MAG焊,這些臂架需要2-3層焊接。激光復合焊則通過使用局部夾板來固定2個工件,不會引起實質性的焊接熱變形。在以1m/min焊接速度情況下,可達到15mm厚度無坡口對接焊一次焊透效果,無需在底部進行再處理。該工藝適用于0至1mm的焊縫間隙,而且無需進行參數調整。
使用一個龍門架懸掛式機器人,可實現對工件連接處縱向焊隙進行靈活定位和精準焊接。機器人集成對弧焊噴嘴,激光頭,焊縫跟蹤,氣電管道,電纜等各種設備的控制。龍門式系統可讓預置工件通過軌道傳送車進入激光工作室,以此確保激光系統的順暢運作,并使系統效率得到優化??傊?,徠斯的激光復合焊接系統(包括最尖端設計與材料),為這家制造商提供了一個具有強大競爭優勢的解決方案。
 

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