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解密激光焊接机工作的控制过程

    为了达到良好的焊接效果,激光焊过程控制非常重要,其主要内容就是对焊接参数的控制。在进行激光焊接时,光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的焊接参数之一。在一定激光功率和焊接速度下,只有焦点处于最佳焦点位置范围,才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围,熔深则下降,甚至破坏稳定的深熔焊过程,变为模式不稳定焊接或热导焊。
    但实际激光焊时,存在多种因素影响焦点位置的稳定性,包括非平面焊件和焊接变形引起的焊接喷嘴和焊件间距离的变化,激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置变化,以及光束在光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速地确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围,一直是激光焊迫切要求解决而又难度很大的课题。
    清华大学研制的CO2激光焊焦点位置的双闭环控制系统。整个系统包括数控激光焊接机床(CNC)、特殊设计的激光焊炬以及检测控制系统。焊接喷嘴和焊件间的距离可以通过上下调节焊炬位置实现,而聚焦透镜位置则由电动机驱动在焊炬内独立上下运动,实现对焦点位置的调节。检测系统由电荷传感器(PCS喷嘴)和装在喷嘴侧面的光学传感器(PS传感器)组成。焊接过程中,根据检测到的PCS信号变化,系统可以自动调节喷嘴至焊件表面距离,保证在焊接过程中保持喷嘴-焊件距离恒定;同时,根据PS信号调整聚焦透镜的位置,用于补偿因热透镜效应引起的焦点位置波动,使焦点位置始终处于最佳焦点范围位置。

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