激光焊基础知识培训ppt课件.pptx
激光焊接培训,黄绍波,March 2017,目录,2,激光的含义激光的分类激光的等级激光焊接优缺点激光焊接原理激光焊接工艺参数激光焊接设备Laser NetRiskStadioLWM激光焊接缺陷开关机流程设备维护,一、激光的含义,3,LASERL-Light 光线A-Amplification by 放大S-Stimulated 激励E-Emission of 发光R-Radiation 辐射,二、激光的分类,4,三、激光的等级,5,1级（Class 1）：在装置内是安全的。通常是因为光束被完全的封闭在内，例如在CD播放器内1M级（Class 1M）：在装置内是安全的。但是通过放大镜或显微镜聚焦后会产生危险2级（Class 2）：在正常使用状况下是安全的，波长为400-700nm的可见光，眼睛的眨眼反射（响应时间0.25S）可以避免受到伤害。这类设备通常功率低于1mW，例如激光指示器2M级（Class 2M）：在装置内是安全的。但是通过放大镜或显微镜聚焦后会产生危险3R级（Class 3R）：功率通常会达到5mW，并且在眨眼反射的时间内会有对眼睛造成伤害的小风险。注视这种光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。3B级（Class 3B）：暴露在激光辐射中，会对眼睛造成立即的损伤4级（Class 4）：激光会烧灼皮肤，在某些情况下，即使散射的激光也会对眼睛和皮肤造成伤害。引发火灾或爆炸。许多工业和科学用的激光都属于这一级,四、激光焊接优缺点,6,优点1、速度快、能量密度高、深宽比大、变形小、应力小。2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。4、可进行微型焊接，应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。5、全位置焊接，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。6、激光束实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工。缺点1、工件装配精度要求高，光束在工件上的位置不能有显著偏移。2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。3、焊缝熔深有限。,五、激光焊接原理,7,Laser Module1,Laser Module2,Laser Module3,Laser Module4,Power Supply,Splice Module,Combiner,Beam switch,Feeding Fiber,Working head,Process Fiber,五、激光焊接原理,8,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104105W/cm2为热传导焊接，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105107W/cm2时为激光深熔焊接，此时深宽比大、焊接速度快。热传导型激光焊接：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，使材料融化，在两材料链接区的部分形成熔池。熔池随着激光束一道向前运动，熔池中的熔融金属并不会向前运动。在激光束向前运动后，熔池中的熔融金属随之凝固，形成链接两块材料的焊缝。激光辐射能量只作用于材料表面，下层材料的熔化靠热传导进行。激光能量被表层10100nm的薄层所吸收使其熔化后，表面温度继续升高，使熔化温度的等温线向材料深处传播。表面温度最高只能到达汽化温度。因此，用这种方法所能达到的熔化深度受到汽化温度和热导率的限制，主要用于对薄（1mm左右）、小零件的焊接加工。激光深熔焊接:其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，能量转换机制是通过小孔完成。在高功率密度激光的照射下，材料蒸发形成小孔，这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光能量，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。在光束照射下的壁体材料连续蒸发产生高温蒸汽，孔壁外液体流动形成的壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持动态平衡。光束不断进入小孔，小孔始终处于流动的稳定状态，围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进而向前移动，熔融金属填充小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成,六、激光焊接工艺参数,9,激光焊工艺参数,激光功率,焊接速度,离焦量,保护气体,六、激光焊接工艺参数,10,1、激光功率激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。2、焊接速度焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。3、离焦量激光焊接通常需要一定离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦点位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦量相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。,六、激光焊接工艺参数,11,4、保护气体a：保护熔池激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体，但价格比较贵。氩气比较便宜，密度较大，所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，主要是由于冶金学方面问题，如吸收，有时会在搭接区产生气孔。b：保护聚焦镜片使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。c：驱散等离子云、限制等离子体产生保护气体的第三个作用是驱散高功率激光焊接产生的等离子云。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云，金属蒸气周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。,七、激光焊接设备,12,冷水机,激光器,焊接头,光纤头（输出端）,低温水,高温水,水流方向,低温水流量大于35L/min，温度20-22C之间高温水流量大于1.5L/min，温度28-32C为宜,七、激光焊接设备-YW52激光头,13,1,2,3,4,5,6,7,8,Fiber socketAperture adapter(cooled)Collimating moduleBeam bender moduleFocusing moduleProtective windows moduleCompensation gas moduleCross JetLWM sensor,9,七、激光焊接设备-HIYAG激光头,14,1 Laser light cable receiver2 Cover lens for collimation unit3 LEDs for operating states4 Focusing unit with the cover slide module5 Cross JetFitting plate for robot adaptation 7 Connections for the supplies conduit to the EPS8 Cooling-water connections9 C-mount connection with the CCTV camera,八、Laser Net,15,状态指示栏,温度,时间,水流量,八、Laser Net,16,报警信息,八、Laser Net,17,预警信息,八、Laser Net,18,重置,八、Laser Net,19,报警记录,八、Laser Net,20,日志文件,八、Laser Net,21,光闸信息,八、Laser Net,22,冷水机信息,八、Laser Net,23,激光器工作环境,八、Laser Net,24,模块状态,八、Laser Net-报警总览,25,八、Laser Net-报警总览,26,八、Laser Net-报警总览,27,八、Laser Net-程序,28,八、Laser Net-程序,29,八、Laser Net-程序,30,1、Stop 停止激光发射，停止模拟量控制，停止执行激光程序，将“程序完成”（End of the program）状态设置为高电平。2、SPT(两点之内线性插值Linear interpolation)设置激光输出功率（单位W）。第1个参数设定激光持续时间（ms），第2个参数设定输出功率值（W）。功率初始值取自于前面一条命令，如果前面一条命令没有功率输出，那么初始值设置为0。如果功率初始值跟当前设定值相同，此命令只是将激光输出延迟相应的时间。如果之前模拟量控制处于开启状态，此命令会将模拟量控制关闭。此命令的所有参数可以包含一个常量或现场总线值（FBUS值）。如果包含FBUS值，那么功率值取自于现场总线协议（fieldbus protocol）中定义的“功率字”（power word），时间值取自于现场总线协议“边沿时间字”（ramping time word）。例外：（如果激光器工作在“测试”TEST模式，或者现场总线“控制字”control word中的控制位“外部软件控制使能”Control by external software enable处于高电平1，功率值就取自于LaserNet软件中的设置。）3、SPR 功能类似前面的SPT命令，只不过，第1个参数应设置为边沿斜率（W/ms）。此命令的所有参数可以包含一个常量或现场总线值（FBUS值）。如果包含FBUS值，那么功率值取自于现场总线协议（fieldbus protocol）中定义的“功率字”（power word），时间值取自于现场总线协议“边沿时间字”（ramping time word）。例外：（如果激光器工作在“测试”TEST模式，或者现场总线“控制字”control word中的控制位“外部软件控制使能”Control by external software enable处于高电平1，功率值就取自于LaserNet软件中的设置。）,八、Laser Net-程序,31,4、WAIT 此命令可以用来等待以下某一事件：同步输入信号高-低电平跃迁 同步输入信号低-高电平跃迁 同步输入信号低电平 同步输入信号高电平 时间(ms).可以是一个常量或现场总线值（FBUS值）。如果是现场总线的情况，时间值取自于现场总线协议中的“边沿时间字”（ramping time word）。通过设定第1参数可以使能同步输入或计时器，设定第2参数可以选择某一类事件。5、GOTO如果第2参数计数器值不是0，此命令将使程序跳转到第1参数设置的命令行中。跳转到指定命令行之后，计数器数值自动减1。如果计数器初始数值是0，那么GOTO命令将会无条件地执行。除了第2参数是计数器之外，还可以使用GOTO IF命令模式。同步输入信号是低电平 同步输入信号是高电平如果设定条件满足，程序将跳转到本命令第1参数的指定行中。6、OUT设置同步输出信号的高低电平。第1参数设置同步输出信号号码，第2参数设置高低电平。,八、Laser Net-程序,32,7、EXTPWR执行此命令后，输出功率值从外部接口读取。第1参数定义接口。STOP、SPT、SPR三个命令可以中断此命令的执行。如果使用此命令定义其他外部接口，也会中断此命令的执行。使用现场总线的情况，功率值取自于现场总线协议（fieldbus protocol）中定义的“功率字”例外：（如果激光器工作在“测试”TEST模式，或者现场总线“控制字”control word中的控制位“外部软件控制使能”Control by external software enable处于高电平1，功率值就取自于LaserNet软件中的设置。）8、SETCHAN激光器安装有光闸时，此命令第1参数设定需要使用的光学通道。,九、RISKStudio程序,33,具体依据软件培训,十、LWM,34,通过对P（Plasma）、T（Temperature）、L（Laser Power）进行监测，间接反映焊接过程状态。具体依据软件培训,十一、激光焊接缺陷,35,1、气孔：激光焊接常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。气孔的形成主要有：(1)低熔点组分的烧损(2)过渡层孔隙中的气体(3)保护气体的卷入。气孔的形成机理：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，随着温度的下降，气体溶解度下降，气体析出。若析出的气体上浮速度小于熔池的凝固速度，就会在焊缝内形成气孔。2、裂纹：激光焊接过程中出现的最严重的缺陷。导致焊接接头开裂的主要因素主要有冶金因素和力学因素。激光焊接的不平衡快速加热与快速冷却的特征，使得整个接头处于复杂的应力状态，构成了接头开裂的力学因素。在快速冶金凝固过程中，必然会出现成分分布的不均匀，低抗裂性能的淬硬组织等，它们构成了促进裂纹萌生的冶金因素。3、夹杂：激光焊接时，熔池凝固很快，由于偏析可能产生各种夹杂物，夹杂物是裂纹的发源地，降低了焊缝的强度使焊缝脆化，严重时会导致焊缝中出现裂纹。,十一、激光焊接缺陷,36,4、焊接飞溅：材料或工件表面存在油渍、污染物或镀层，导致焊接完成后，材料或工件表面出现多余的金属颗粒，附着于材料或工件表面。5、焊偏：焊接时定位不准或光与零件配合精度出现误差时产生。6、凹坑：零件配合间隙大，参数设置不合理，如焊接功率大、焊接速度低等。,十二、设备维护,37,激光焊设备维护,冷水机,焊接头,工作站,Potential Causes Analysis,冷却水温度,冷却水温度,高温水（DI水）设定温度,低温水（纯净水）设定温度,激光器,环境温度、湿度,开关机顺序,DI水电导率,冷却水管路、过滤器,环境温度、湿度,灰尘、水、油,环境温度、湿度,灰尘、水、油,灰尘、水、油,冷却水液位,环境（灰尘等）,光纤,LWM,弯曲半径,冷却水温度,环境温度、湿度,环境（灰尘等）,夹具、焊接房,安全门、光栅急停等,三联件,风扇（保护气）,除尘,保护镜片,聚焦镜片,传感器,十二、设备维护,38,十二、设备维护,39,开机流程：先开激光器再开水冷机。1.旋转激光器主开关旋钮到ON位置，2.打开钥匙开关到TEST或ROBOT位置，美国版激光器到ON或REM位置。3.如果曾经长时间关机，为了有效除湿，防止结露，需要开激光器钥匙2小时后再打开水冷机。或者查看LaserNet软件内部Dew point界面，确保Dew point（露点温度）值低于15度，无报警，然后再开启水冷机。如果现场有干燥氮气，可以拆下一个吊环，将氮气向吊环孔内吹，把激光器内部湿空气排出来，然后再拧紧吊环。关机流程：先关水冷机再关激光器1.停止出光。2.关闭激光器主电源。3.关闭水冷机。一定要确保先关闭水冷机再关闭激光器钥匙开关。4.将激光器前面板的钥匙开关拨到OFF位置。5.将激光器的主开关拨到OFF位置,十三、设备维护,40,IPG高功率光纤激光器都具备水冷系统，冷却水温度较低，在工作环境湿热的情况下，很有可能导致空气中的水蒸气冷却凝结在激光器各部件上，冷凝水会对激光器的电路和光学器件造成严重损害。预防结露措施：1、设立空调房（禁止将冷水机放入空调房）2、工业除湿机3、激光器柜体封闭4、保持激光器通电开机5、适时调整冷却水温度6、正确的开关机顺序预防结冰措施：1、保证工作温度高于5C2、长期不使用需要对机器排水3、添加防冻液,十三、设备维护,41,42,激光光源,风刀方向,工件,风刀,焊缝,Thank You,
