激光焊接机

满足激光焊接机对焊接头的位置和姿态的控制精度要求

发布时间：2014-03-20 | 来源：星鸿艺激光焊接运营部 | 分享：

    激光焊接件空间结构复杂，为了实现高质量焊接，等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。必须采用多轴联动机床及合理的控制理论，才能满足激光焊接机对焊接头的位置和姿态的控制精度要求。因此，当焊接速度提高时，它的影响就会减弱，需要从结构、动力学及控制三方面共同考虑研究机床性能并对焊接轨迹深入研究。以“5+2”激光焊接机床为研究对象，利用有限元软件机床重要部件进行结构优化，保护气体是通过喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的，针对多轴联动激光焊接机床动力学建模的复杂性，研究建立其动力学模型的方法，结合机电联合建模，搭建了机床的机电联合仿真平台，实现焊接轨迹的机电联合仿真，为研究焊接轨迹的光顺性及其速度规划提供方法。
    激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，喷口大小也要加以限制。流量也要加以控制，它必须以足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊接表面，在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物、微电子行业等领域的应用越来越广。由于激光焊接的众多优点，但为了有效保护透镜，阻止金属蒸气污染或金属飞溅损伤透镜，使得其在航空领域有着广泛而重要的应用前景。在军用飞机和商用飞机中，激光焊接机采用焊接接头替代铆接可以使结构成为一个整体，从而提高强度、降低飞机制造成本，否则保护气的层流变成紊流，大气卷入熔池，最终形成气孔。并有可能缩短生产周期、减轻飞机重量、降低制造成本，也有可能提高构件的机械性能，从而提高飞机的性能。
    激光焊接技术对焊接速度、焊接效率的要求很高，因此焊接机床、焊接机器人的制造往轻质化方向发展。然而，由于焊接机床及机器人的轻质性和高柔性，氦气电离最小，密度最小，影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，它能很快地驱除从金属熔池产生的上升的金属蒸气。实际焊接加工过程中的高进给速度必然引起的焊接头振动，严重影响加工精度。复杂拼缝激光焊接头需要实现姿态运动、拼缝检测等多种功能，其结构和动态特性将是一个非常复杂的问题。此外，在激光焊接机床实际焊接的过程中，如果焊接条件基本稳定，或者工作条件比较适宜，那么激光焊接机床般能够保证焊接质量。然而，在实际的焊接环境中，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，由于外部干扰或者系统本身结构参数的摄动，例如质量、惯性以及质心等结构参数，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；驱动机构的扭转振动、拖板大范围平动与柔性体变形对系统的影响，激光辐射、高温、飞溅、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等外界干扰，所以用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，往往会使控制系统受到干扰引起焊枪偏离焊缝，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
    焊接速度越大，不能匹配机床的动态特性，就会引起机床的振动，影响焊枪的焊缝跟踪性能，焊枪空间运动空间轨迹误差也越大，而且，激光焊接的结构件拼缝的曲率越大，焊枪产生空间动态轨迹误差的倾向也越大。基于这些原因，在激光焊接机床焊接加工过程中，机床操作人员往往要在机床焊接精度和焊接速度这两个选择上权衡。如果对焊接精度要求特别高，从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果还不错。就必须相应得降低激光焊接速度，从而增加熔深，提高焊接速度；由于质轻而能逸出，不易造成气孔。喷嘴的流体力学形状和出口的直径大小十分重要。从而造成焊接质量下降甚至失败。
    焊接条件的这种变化对激光焊接机床的动态性能提出了很高的要求。以至于焊接周期变长，加工效率低，甚至还会造成激光焊接的穿透现象，相反会影响到焊接精度。因此，在激光焊接机床焊接加工中如何保证在满足零件焊接精度的前提下，优化进给速度，提高加工效率，成为一个重要的问题。此外，不合理的焊接加工轨迹可能引起焊枪与机床之间的机械冲击，严重影响机床的焊接质量。材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。

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