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同时具备激光切割和焊接

发布时间:2019/12/29 10:17

同时具备激光切割和焊接

发布于:2019年12月29日

发布人:江苏科茂自动化有限公司

关于:激光

同时具备激光切割和焊接

当今的激光源具有快速重复地切割和接合金属所需的功率和光束质量。市场需要这种灵活的生产方式,因此这些特性是现代激光设备的基本要求。

市场需求也促进了多功能处理的想法。这导致了能够对3D金属工件进行激光切割和焊接的组合头的开发。

由德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所开发的“组合头”可以按任意顺序进行3-D切割和焊接,而无需重新组装。这种方法减少了零件处理,定位和夹紧步骤。结果是减少了生产时间和成本,并提高了制造精度。
同时具备激光切割和焊接

此外,组合头为制造具有多种变型的复杂金属部件打开了大门,而这是以前无法经济高效地生产的。

虽然多功能激光加工的概念很简单,并且市场似乎已经为这种设备做好了准备,但是在实现之前必须解决一些技术问题。

切割和焊接的区别

切割和焊接功能明显不同。的激光束同轴行进,以有效地将熔体喷出切缝。高压喷嘴以这样的方式引导激光束,使光束聚焦和气体射流在喷嘴出口下方会见工件。喷嘴激光入射孔中的透镜可对喷嘴腔进行气密密封并聚焦激光束。此外,喷嘴尖端还用作电容式间隙传感器,与机器轴的闭环控制配合使用,可确保到纸张表面的恒定距离约为1 mm。

在带有固态和二极管激光器的标准焊接头中,透镜光学器件还具有聚焦功能。但是,对于CO 2激光器,使用镜面光学器件。

为了产生平滑的屏蔽和工艺气体流,这是焊接所需的,主要在离激光撞击点几毫米的地方施加离轴喷嘴。此外,在光学元件和过程气体喷嘴之间还布置了压缩空气横流喷嘴。交叉喷射器横向吹向激光轴,以保护光学器件免受焊接区域发出的烟雾或飞溅。因此,与标准切割头中的气密光学器件相反,焊接头在光学器件下方需要一个开放的流动部分,该流动部分与处理区域的气体动态分离。

基于这种传统的激光技术方法,标准的激光切割头无法用于焊接,并且激光焊接头无法满足大多数工业应用中要求的切割速度和质量。在某些激光机设计中,如果用户希望在切割和焊接操作之间进行转换,则可以更换磁头。一些激光工程师通过在一台机器上同时安装两个头,一个切割头和一个焊接头来应对这一挑战。但这导致更多的复杂性,因为除了必须将两个头安装在一起之外,还必须在光束传输系统和头之间或者在激光源和两个单独的光束传输路径(管或光纤)之间并入一个光束开关。 )。
同时具备激光切割和焊接
4千瓦的CO 2平板激光器和带镜面光学元件的组合头切割了低碳钢,不锈钢以及铝。

一头两用

单头方法有助于简化双头方法的复杂性。

切割和焊接头的不同要求现已结合到自主喷嘴的改进版本中,该喷嘴是Fraunhofer ILT十多年前开发的设计。喷嘴设计已在工业应用中证明了自己的优势,其功率高达12 kW的大功率镜面切割头。图2显示了具有
Rozz DC040 4-kW CO 2平板激光器的新型带有自动喷嘴和反射镜的组合头产生的切割结果,其光束质量为K = 0.9 。

聚焦的激光束在通过气体喷嘴与工件接触之前先通过自主喷嘴传输。通过在喷嘴出口附近移动激光入射孔并优化从环形气体通道到圆柱形喷嘴出口的过渡,可创建获得专利的流量设计。流量设计可确保从喷嘴出口上方的开口进入孔中泄漏出最少量的气体,并从中排出气体,并提供少量向上泄漏,以防止空气通过入口孔从吸入口吸入。向下的工艺气体流量。通过这些设计开发,喷嘴可以在宽压力范围内产生同轴的工艺气流,而与聚焦光学系统无关,并且在激光入口处没有密封窗口。

这是必要的,因为在焊接过程中使用的平滑气体射流无法保护光学器件免受烟尘和飞溅物的影响。

因此,带有压缩空气供应的交叉喷射器,用于切割和焊接气体的交替止回阀以及用于更改工艺参数的适当的数控程序可使切割头变成焊接头。

但是,具有旋转对称,纤薄设计和集成电容式间隙传感器的自主喷嘴是3D切割和焊接通用加工头的关键组件。
同时具备激光切割和焊接
六轴机器人装有一个组合头,该组合头配备了用于固态激光器的光纤耦合透镜光学器件。

如图3所示,组合头可以配备透镜或反射镜光学镜,适用于固态激光器和CO 2激光器。

实验结果

当将头部与机器人和光纤耦合的固态激光器结合使用时,通过将一个过程合并到一个头部中而获得的增加的灵活性确实变得显而易见。在一种3-D应用中,以快速的固定过程将固定在单个夹紧装置中的汽车车顶框架的上下壳焊接在一起,切出部分,并用夹子焊接。这是通过Rofin DY044 4 kW二极管泵浦Nd:YAG激光器和六轴Kuka KR30 HA机器人完成的。

事实证明,CO 2激光器也适用于带组合头的切割和焊接应用。实验室已成功在厚达10毫米的金属板上成功使用了功率高达12 kW的激光器。尽管取得了这些成功,但Fraunhofer ILT建议将组合头用于最大纸张厚度为6 mm,束功率为8 kW的工业应用中。

组合头特别显示出三个产品组的优势:

  • 复杂的组件装配,需要在焊接和切割操作之间进行多次快速更改
  • 产品种类繁多,例如定制的结构,可选的切口和焊接
  • 需要在切割轮廓和焊接接头之间精确定位和定向的部件,或者在已经焊接的产品上需要精确切割孔或边缘的部件。
  • 同时具备激光切割和焊接
    在1.5毫米厚的不锈钢板上准备,焊接和用5 kW光纤激光器修整并修边,该光纤激光器的切割功率为3 kW,焊接功率为2 kW。组合头配有透镜光学元件,焦距为f = 300毫米。

    这三个产品组中的最后一个可以通过查看框架,外壳或结构部件的焊接法兰进行说明。法兰首先通过激光束切割进行准备(可能在进行点焊之前,以提高装置的稳定性);然后使用搭接或边缘接头进行激光焊接;并再次通过激光切割沿着焊缝进行精确修整,以提供高度精确的零件,并在需要时提供最小的法兰宽度和出色的耐腐蚀性。

    重叠凸缘,切割和的相应的横截面边缘焊接用IPG YLR-5000 5千瓦光纤激光器中被呈现图4。组合头的恒定刀具中心点(TCP)允许进行不同加工的准确相对位置。取得良好结果的基本要求是适当的夹紧技术。
    同时具备激光切割和焊接
    在此拼布设计示例中,一个组合头切割并焊接了工件。

    另一个示例是图5中的拼凑设计。集成的切割和焊接工艺链开辟了具有成本效益的新设计生产方式。

    这种用于激光切割和焊接的方法适用于当今的制造环境,这些环境需要短的生产周期和高生产率。组合头也很灵活,因为它可以与透镜或反射镜光学器件以及不同类型的激光一起使用。

    考虑到组合头的技术特性和功能,使用这种双重用途技术,制造工序可以将其生产成本降低两倍或更多。