1、激光焊接機(jī)原理培訓(xùn)

激光焊接培訓(xùn)激光的特性〔1〕激光的定義〔2〕激光的特性〔3〕激光器的組成激光器準(zhǔn)直頭主光閘高速分光鏡耦合4耦合3耦合2耦合1準(zhǔn)直聚焦透鏡ABCD備注：紅色箭頭表示激光能量測(cè)試儀，綠色箭頭代表出光方向以及順序。

什么是激光？激光在英文中是Laser〔LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的縮寫(xiě)〕是光受激輻射放大的意思，簡(jiǎn)稱(chēng)為激光。激光是一種新型光源，通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō):激光就是一束發(fā)散角很小能量高度集中的光源。P.S.激光在傳播過(guò)程中像一條筆直的線(xiàn)，不易發(fā)散，光強(qiáng)也可以保證。一束激光射出20KM以外，光斑只有杯口大小。如果發(fā)射到38萬(wàn)千米以外的月球，光圈的直徑也不過(guò)2KM，在地球上看是一個(gè)明亮的紅點(diǎn)，利用激光的這一特性，科學(xué)家在1962年測(cè)出了地球和月球之間的精確距離384,400千米。3.激光有哪些特性？激光是一種新型光源，它產(chǎn)生于光的受激輻射，因?yàn)樗c入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向，所以激光與普通光源相比有著不同的特性，其主要有以下四種特性：〔1〕高亮度〔2〕方向性好〔3〕單色性好，〔4〕相干性二、激光的特點(diǎn)1、亮度高激光是世界上最亮的光。CO2激光的亮度比太陽(yáng)亮8個(gè)數(shù)量級(jí)，而高功率釹[nǚ]玻璃激光那么比太陽(yáng)亮16個(gè)數(shù)量級(jí)。2、方向性好激光的方向性很好，它能傳播很遠(yuǎn)距離而擴(kuò)散面積很小，接近于理想的平行光3、單色性好激光為單色光，它的發(fā)光光譜寬度，比氪燈的光譜寬度窄幾個(gè)數(shù)量級(jí)。激光器由哪幾局部組成？鼓勵(lì)源工作介質(zhì)諧振腔很顯然，激光器中首先要包括某種工作物質(zhì)，它是賴(lài)以產(chǎn)生激光的根底。其次，必須能使該工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，這就意味著需要向物質(zhì)提供適當(dāng)?shù)哪芰?，將足夠?shù)量的粒子從低能級(jí)“抽運(yùn)”到高能級(jí)，這很像是水泵將水從低處抽往高處，因而，常稱(chēng)上述“抽運(yùn)”過(guò)程為“泵浦”。而提供泵浦能量的設(shè)備那么稱(chēng)為“泵浦源”。

二、激光產(chǎn)生的三要素1.鼓勵(lì)源要想把處于低能態(tài)的粒子送到高能態(tài)去，就得有外力借助工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于把水位很低的河水或井水抽運(yùn)到水塔上的蓄水池里，必須要有足夠功率的水泵作功才成。同理，要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，首先必須消耗一定的能量把大量粒子從低能級(jí)“搬運(yùn)”高能級(jí)，這種過(guò)程在激光理論上叫做泵浦或鼓勵(lì)。由于其作用原理和水泵抽水相類(lèi)似，所以把能使大量的粒子從低能態(tài)抽運(yùn)到高能態(tài)的鼓勵(lì)裝置通稱(chēng)之為“光泵”。二、激光產(chǎn)生的三要素“光泵”只是在解釋粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)借用的一種形象的說(shuō)法。實(shí)際上粒子都是甘居低能態(tài)的，而且很頑固，并不是象水一樣很容易地就被泵抽運(yùn)走了。即使費(fèi)了很大勁把一局部抽運(yùn)到了高能態(tài)，但它們很快就又自發(fā)地躍回低能態(tài)了。怎么辦呢，那就需要加大能量不停頓地來(lái)轟擊。就是說(shuō)，鼓勵(lì)不僅要快，而且要強(qiáng)有力。鼓勵(lì)作用總是通過(guò)消耗一定的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)生受激輻射所需要的最小鼓勵(lì)能量定義為激光器的閾yù值(閾，即門(mén)檻的意思)。閾值是描述激光器整體性能的一個(gè)重要參數(shù)。二、激光產(chǎn)生的三要素2.工作介質(zhì)在大干世界里，各種各樣的物質(zhì)都是由分子、原子、電子等微觀(guān)粒子組成的，如果有了強(qiáng)大的鼓勵(lì)是不是都能在物質(zhì)中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生激光呢?不是的，鼓勵(lì)只是一個(gè)外部條件，激光的產(chǎn)生還取決于適宜的工作物質(zhì)，也稱(chēng)之為激光器的工作介質(zhì)，這才是激光產(chǎn)生的內(nèi)因。前面我們所講到的都是以二能級(jí)系統(tǒng)為例來(lái)討論的，也就是說(shuō)工作物質(zhì)只有高、低兩個(gè)能級(jí)。實(shí)際上目前所有已實(shí)現(xiàn)的激光輻射都是三能級(jí)或四能級(jí)系統(tǒng)，

二、激光產(chǎn)生的三要素三、諧振腔適宜的工作物質(zhì)有了，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的鼓勵(lì)源有了，這下子該“激”出激光了吧!還不行，因?yàn)槿藗冊(cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)這樣雖然可以產(chǎn)生受激輻射，但非常微弱，根本形不成可供人們使用的激光。這很自然的使人們想到了采用放大的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，于是出現(xiàn)了光學(xué)諧振腔。即利用兩個(gè)面對(duì)面的反射鏡，使放大了的光在鏡間來(lái)回被反射，反復(fù)通過(guò)鏡間的介質(zhì)不斷再放大，即反響放大。兩個(gè)反射鏡可以是平面，也可以是球面。二、激光產(chǎn)生的三要素三要素：鼓勵(lì)源，工作介質(zhì)，諧振腔大族FP150激光焊接機(jī)介紹1設(shè)備主體2．光學(xué)系統(tǒng)3．PC機(jī)4．振鏡控制系統(tǒng)5．供電系統(tǒng)6．光纖激光器7．控制系統(tǒng)8．光纖9．振鏡焊接頭〔選配〕10．焊接工件11．工作平臺(tái)〔選配〕FP150激光焊接系統(tǒng)主要由光纖激光器、控制系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、工作平臺(tái)組成，具體如圖供電系統(tǒng)FP150供電系統(tǒng)由高精度開(kāi)關(guān)電源，平安繼電器，大功率放電電阻等構(gòu)成，具備響應(yīng)迅速，控制精度高，平安可靠等特點(diǎn)控制系統(tǒng)FP150激光焊接機(jī)硬件控制系統(tǒng)采用arm加多個(gè)FPGA作為控制系統(tǒng)核心架構(gòu)，配合相應(yīng)外圍電路構(gòu)成整機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)功能劃分，可分為主控單元，光纖激光器控制單元，高速分光控制單元，振鏡焊接控制單元；光學(xué)系統(tǒng)FP150光學(xué)系統(tǒng)中分光采用高速時(shí)間分光形式，分光頻率可以到達(dá)80HZ，加工速度快，效率高。FP150激光焊接機(jī)光學(xué)系統(tǒng)由四局部組成：光纖激光模塊、分光系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)。FP150光纖激光器中的的激光波長(zhǎng)是1070納米FP150光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖

1．底座2．激光模塊3．準(zhǔn)直頭4．全反鏡座5.步進(jìn)光閘6．光吸收器7．高速分光器8．光纖耦合器9．光纖10．準(zhǔn)直聚焦透鏡FP150激光焊接機(jī)光學(xué)系統(tǒng)由以下四局部組成：光纖激光模塊、分光系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)。激光模塊激光源，既激光器。光纖傳輸系統(tǒng)激光通過(guò)耦合透鏡聚焦在光纖端面上，經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)焦ぷ髋_(tái)面上分光系統(tǒng)FP150焊接機(jī)可實(shí)現(xiàn)2路〔標(biāo)配〕,3路〔選配〕，或4路〔選配〕光纖輸出。通過(guò)鏡片的角度偏轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)快速光路切換。準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)光纖輸出的激光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為平行光，再經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦作用在工作件上，完成焊接。技術(shù)參數(shù)激光焊接機(jī)技術(shù)參數(shù)性能機(jī)型FP150最大激光單點(diǎn)能量15J最大激光輸出平均功率150W最大激光峰值功率1.5KW脈沖頻率≤200Hz脈沖寬度≤50ms激光波長(zhǎng)1070nm控制系統(tǒng)FP激光控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)激光焊接機(jī)技術(shù)參數(shù)光纖芯徑200μm（標(biāo)配），100μm（選配）高速分光頻率≤80HZ光纖輸出數(shù)量≤4路，2路（標(biāo)配），3路（選配），4路（選配）主機(jī)外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)900mm*640mm*1096mm主機(jī)重量165Kg電力需求AC220V±10％/50Hz/5A主機(jī)耗電功率1KW單相工作溫度10℃~30℃工作濕度40%~80%冷卻方式內(nèi)置風(fēng)冷波形數(shù)量可預(yù)設(shè)50組激光波形,并可通過(guò)外部接口進(jìn)行隨機(jī)切換,每組波形可設(shè)定16段漸變可對(duì)多達(dá)65000點(diǎn)的激光脈沖進(jìn)行14段可編程能量漸變控制定位方式內(nèi)置亮度可調(diào)的紅光,可選配交叉定位系統(tǒng)或CCD定位監(jiān)視系統(tǒng)激光觸發(fā)方式觸摸屏單點(diǎn)觸發(fā)或連續(xù)觸發(fā),外部接口電平觸發(fā)或上升沿觸發(fā)操作接口語(yǔ)言中文簡(jiǎn)體、英文人機(jī)界面PC工作原理。激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬外表，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接〔熱效應(yīng)〕。FP150激光焊接機(jī)采用進(jìn)口光纖激光器作為激光泵浦源。其焊接過(guò)程是，焊接機(jī)通過(guò)PC人機(jī)交互獲得焊接所需要的激光工藝參數(shù)，例如能量，功率，時(shí)間等，通過(guò)焊接機(jī)內(nèi)部控制系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)化為控制光纖激光器的電信號(hào)，并由供電系統(tǒng)對(duì)光纖激光器進(jìn)行供電，同時(shí)通過(guò)焊接機(jī)內(nèi)部軟件采集校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)出光情況進(jìn)行校準(zhǔn)，光纖激光器輸出激光后，經(jīng)過(guò)耦合、光纖傳輸、擴(kuò)束、聚焦后打在所要焊接的物體上，形成焊接過(guò)程。激光焊接的優(yōu)勢(shì)激光焊接的特點(diǎn)是被焊接工件變形極小，幾乎沒(méi)有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高激光焊接速度快、應(yīng)用廣、熱量影響范圍小、操作方便、精度高。激光波形的脈寬、峰值功率、頻率脈寬：激光波形設(shè)定里面總的作用時(shí)間，是波形里面分段脈寬總時(shí)間的和。頻率：一秒鐘出光的次數(shù)峰值功率：激光在實(shí)際出光時(shí)的瞬間功率，在實(shí)際的波形里，峰值功率以百分比的形式出現(xiàn)，含義是當(dāng)前分段峰值功率與設(shè)定的峰值功率比值。波形示意圖0.3~0.5msPulseTime/msT=2.5~6ms0.3~0.5ms激光焊接工藝參數(shù)激光輸出功率，激光輸出功率是與熔融被加工材料能力有直接關(guān)系的參數(shù)，而影響的程度那么依被加工材料對(duì)激光的反射率、熔點(diǎn)、耐氧化性的不同而有所不同。對(duì)特定材料，激光輸出功率越大，焊接的越深焦點(diǎn)位置，在透鏡的焦點(diǎn)確定后，焦點(diǎn)與工件外表的相對(duì)位置對(duì)激光焊接的質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。激光離焦量會(huì)影響激光焊接熔深和外表效果。脈寬和峰值功率的選定，選擇適宜的脈寬和峰值功率，增大峰值可以增加焊接的穿透率，反之，增大脈寬，可以增大焊接時(shí)的平滑性和外表效果，且不容易有飛濺，同時(shí)稍微增大焊點(diǎn)的直徑，脈寬和峰值要匹配，綜合調(diào)試。保養(yǎng)與維護(hù)為保證激光焊接機(jī)的正常使用，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)。激光焊接機(jī)是精密設(shè)備，維護(hù)要格外細(xì)心。要做好環(huán)境清掃和設(shè)備的清潔，使地面枯燥，潔凈；機(jī)箱的外外表，操作接口等無(wú)雜物，潔凈；防護(hù)鏡片需保持干凈。采用鏡頭紙或用酒精擦拭前、后光學(xué)鏡片，使其外表保持清潔。擦拭時(shí)要格外小心，使用力量過(guò)大可能損傷鏡面。光纖使用中盡量平直或彎曲半徑符合要求，也可將光纖卷成較大的圈，標(biāo)配光纖光纖的最小彎曲半徑為200mm，保養(yǎng)與維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目周期技術(shù)要求保養(yǎng)方法1.振鏡方頭、聚焦鏡頭、紅光光源表面灰塵1周清潔；玻璃無(wú)指紋、無(wú)水漬印痕干凈無(wú)塵布、酒精（玻璃選用）2.主機(jī)、控制柜表面灰塵1周清潔，表面無(wú)灰塵吸塵器、干凈無(wú)塵布3..主機(jī)、控制柜