激光焊基础知识培训

激光焊接培训黄绍波March2017目录21激光的含义2激光的分类3激光的等级4激光焊接优缺点5激光焊接原理6激光焊接工艺参数7激光焊接设备8LaserNet9RiskStadio10LWM11激光焊接缺陷12开关机流程13设备维护一、激光的含义3LASERL-Light光线A-Amplificationby放大S-Stimulated激励E-Emissionof发光R-Radiation辐射二、激光的分类4三、激光的等级51级（Class1）：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（Class1M）：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（Class2）：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（Class2M）：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（Class3R）：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（Class3B）：暴露在激光辐射中，会对眼睛造成立即的损伤4级（Class4）：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7LaserModule1LaserModule2LaserModule3LaserModule4PowerSupplySpliceModuleCombinerBeamswitchFeedingFiberWorkingheadProcessFiber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104～105W/cm2为热传导焊接，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/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10~100nm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101、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114、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20-22°C之间高温水流量大于1.5L/min，温度28-32°C为宜七、激光焊接设备-YW52激光头13123456781Fibersocket2Apertureadapter(cooled)3Collimatingmodule4Beambendermodule5Focusingmodule6Protectivewindowsmodule7Compensationgasmodule8CrossJet9LWMsensor9七、激光焊接设备-HIYAG激光头141Laserlightcablereceiver2Coverlensforcollimationunit3LEDsforoperatingstates4Focusingunitwiththecoverslidemodule5CrossJet6Fittingplateforrobotadaptation7ConnectionsforthesuppliesconduittotheEPS8Cooling-waterconnections9C-mountconnectionwiththeCCTVcamera八、LaserNet15状态指示栏温度时间水流量八、LaserNet16报警信息八、LaserNet17预警信息八、LaserNet18重置八、LaserNet19报警记录八、LaserNet20日志文件八、LaserNet21光闸信息八、LaserNet22冷水机信息八、LaserNet23激光器工作环境八、LaserNet24模块状态八、LaserNet-报警总览25状态指示Status原因Cause应对措施Remedy重置Reset激光器开启LaserON激光器就绪Laserready激光器错误Lasererror急停E-Stop安全回路断开机柜们开启、与其他报警伴随出现自动NONONO急停按钮E-Stopbutton急停按钮被按下松开急停按钮自动NONONO外部急停E-Stopexternal安全回路断开，传导光纤没有插入或损坏检查安全回路自动NONONO激光器过热Laseroverheated激光模块温度超过35°，无法出光检查激光器水流量，检查管路、过滤器，温度标准＜32°自动YESNOYES激光器光纤互锁Laserfiberinterlock光纤安全回路中断检查光纤回路,检查引导光，检查温度手动NONOYES高反射Highbackreflection反射光高检查光学镜片是否污染，检查加工参数、焦点位置、激光功率、加工角度手动YESNOYES激光模块故障Lasermodulefailure某个激光模块损坏或被停用启用备用模块、如无备用模块，重置可以较低功率出光手动YESYESNO水冷机故障Chillerfailure水冷机探测到故障检测水冷机自动YESNOYES水冷机错误Chillererror自来水或DI水温度超出范围、DI水电导率过高、水冷机故障检测水冷机自动YESNOYES合束器故障Combinerfailure合束器故障检测引导光是否可见手动NONOYES熔接盒故障Spliceboxfailure熔接盒故障检测引导光是否可见手动NONOYES八、LaserNet-报警总览26状态指示Status原因Cause应对措施Remedy重置Reset激光器开启LaserON激光器就绪Laserready激光器错误Lasererror严重错误Criticalerror只跟合束器故障（Combinerfailure）和熔接盒故障（Spliceboxfailure）同时出现重置错误（Reset)手动NONOYES电子器件过热Electronicoverheat电柜里温度过高（标准＜50°）检查电柜风扇是否正常工作、检查温度传感器自动YESYESNO初始化错误Initializationerror配置失败或MPI设置错误检查光闸通道编码器DIP开关自动YESNOYES激光器水流量低Lowwaterflowlaser低温水流量低检查水冷机、水路手动YESNOYES光纤连接器水流量低LowwaterflowfiberconnectorDI水流量低检查水冷机、水路自动YESNONO激光器中有水Waterinlaser激光器漏水检查水路手动NONOYES光闸内部有水WaterinsideBeamSwitch光闸内部有水关闭冷水机，联系IPG自动NONOYES激光器温度过低LaserTemperatureistoolow所有模块平均温度低于18°检查低温水温度设定自动YESNOYES电源故障Powersupplyfailure主电源故障查看LaserNet电源显示灯手动NONOYES交流电中断ACpowerinterrupted相线丢失或供电电压过低（400VAC)检查外部供电线电压手动NONOYES八、LaserNet-报警总览27状态指示Status原因Cause应对措施Remedy重置Reset激光器开启LaserON激光器就绪Laserready激光器错误Lasererror光闸允许故障Beamswitchpermissionmalf