激光焊過(guò)程控制

激光焊過(guò)程控制的主要內容就是對焊接參數的控制。在進(jìn)行激光焊接時(shí)，光束焦點(diǎn)位置是影響激光深熔焊質(zhì)量最關(guān)鍵而又最難監測和控制的焊接參數之一。在一 定激光功率和焊接速度下，只有焦點(diǎn)處于最佳焦點(diǎn)位置范圍，才可獲得最大熔深和 良好的焊縫成形。偏離這個(gè)范圍，熔深則下降，甚至破壞穩定的深熔焊過(guò)程，變?yōu)?nbsp;摸式不穩定焊接或熱導焊。但實(shí)際激光焊時(shí)，存在多種因素影響焦點(diǎn)位置的穩定 性，包括因非平面焊件和焊接變形引起的焊接噴嘴和焊件間距離的變化，激光器窗 口、聚焦鏡等元件熱透鏡效應引起焦點(diǎn)位置的變化，以及光束在光路中不同位置引 起焦點(diǎn)位置的變化等。如何迅速地確定激光焦點(diǎn)位置并將其控制在合適的范圍，一 直是激光焊迫切要求解決而又難度很大的課題。 圖4-52所示為消華大學(xué)研制的CO2激光焊焦點(diǎn)位里的雙閉環(huán)控制系統示意圖.整個(gè)系統包括數控激光焊接機床(CNC)、特殊設計的激光焊炬以及檢側控制系統。焊接噴嘴和焊件間的距離可以通過(guò)上下調節焊炬位置實(shí)現，而聚焦透鏡位則由電動(dòng)機馭動(dòng)在焊炬內獨立上下運動(dòng).實(shí)現對焦點(diǎn)位2的調節。檢側系統由電荷傳感器(PCs噴嘴)和裝在噴嘴側面的光學(xué)傳感器(PS傳感器)組成。焊接過(guò)程中.根據檢側到的PCs信號變化，系統可以自動(dòng)調節噴嘴至焊件表面距離.保證在焊接過(guò)程中保持噴嘴·焊件距離恒定;同時(shí).根據PS信號調整聚焦透鏡的位置，用于補償因熱透鏡效應引起的焦點(diǎn)位置波動(dòng)，使焦點(diǎn)位置始終處在最佳焦點(diǎn)位里范圍。

圖4-52激光焊焦點(diǎn)位置雙閉環(huán)控制系統組成

    圖4-53所示為這種質(zhì)量檢測與閉環(huán)控制的試驗結果。雙閉環(huán)控制試驗是在450mm長(cháng)的彎板上進(jìn)行的，包括了上坡焊、平焊和下坡焊三種情況。圖中焊縫A為只采用PCs信號單獨控制焊接噴嘴一焊件距離的試驗結果，可以看出雖然噴嘴舜控隨焊件斜率升降能保持噴嘴一焊件距離不變，但由于熱透鏡效應的影響，焊接過(guò)程中焦點(diǎn)位置逐漸偏離最佳焦點(diǎn)位置，由穩定的深熔焊變?yōu)槟Ｊ讲环€定焊和熱導焊。而焊縫B則采用了雙閉環(huán)控制，既控制了噴嘴一焊件距離，又能自動(dòng)調節透鏡的高度，對焦點(diǎn)位置進(jìn)行全閉環(huán)控制，補償了包括熱透鏡效應在內的各種因素的影響，所以焊接過(guò)程中能始終保證熔深和縫寬均勻。