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激光焊接机 |
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扫描式激光焊接机的应用 |
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作者：广州瑞通千里激光设备有限公司 雷贵平 |
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光纤传导式激光焊接机
光纤传导式激光焊接机（见图1）是广州瑞通千里激光设备有限公司（以下简称“瑞通激光”）引进国外先进技术，并在关键部件上采用优质进口部件生产而成的，具有重复精度高、定位精度高、焊接速度快和焊接范围大等优点。
光纤传导式激光焊接机与传统激光焊接机相比具有高可靠性、易维护和操作简便的独特优势，可用于电池、电子、通讯和五金等行业大批量生产企业的离线/在线焊接。该机型是瑞通激光技术非常成熟的产品，在市场上得到了大量客户的青睐。
图1 光纤传导式激光焊接机
1.激光焊接机系统组成
光纤传导式激光焊接主要由5部分组成：激光器系统、电源系统、光纤传导系统、控制系统及冷却系统。
（1）激光器系统（见图2）
图2 激光焊接机系统组成
激光器系统主要由激光工作物质、泵浦氙灯、聚光腔和谐振腔组成。振镜式激光焊接机激光工作物质为YAG棒。
激光工作物质：Nd : YAG晶体（进口配件）；
激光波长：1.064mm；
输出功率：0～400W；
脉冲频率：0.1～100Hz（连续可调）；
脉冲宽度：0.5～10ms（连续可调）；
光束发散角：≤10mrad；
能量不稳定度：≤3%（激光功率）；
光斑直径：0.3～1.5mm；
焊接深度：0.2～0.8mm；
连续稳定工作时间：24h。
（2）电源系统
该电源主要由主电源、触发电路、控制电路和保护电路等组成，具有过压、过流保护装置，其电源、脉宽和频率均可调，可以根据需要设置输出波形，以便于焊接不同材料。该电源操作面板具有电流、脉宽频率。其具体技术指标如下：
输入电源：380V±5%；
电源额定功率：12kW；
最大损耗功率：14kW；
脉冲工作电流：0～600A；
电源不稳定度：≤3%；
液晶控制面板：美观大方，更便于编辑控制。
（3）光纤传导系统
光束数量：单光束（多光束）光纤传输；
传输光纤芯径：0.6mm；
光纤长度：3～5m；
输出聚焦镜焦距：f＝100mm；
聚焦镜工作距：75mm；
最小光斑直径：0.3mm；
参考焊接熔深：0.1～0.5mm（低碳钢或不锈钢）。
激光光束由光纤传输到用户需要加工（如干燥箱、多工位焊接台）的位置及方位，聚焦镜上加以聚焦，将聚焦镜对称放置在被焊工件即可实现快速焊接。
总之，随着工艺要求的提高，有越来越多的生产过程将采用光纤激光传导加工作为先进的生产手段。
（4）冷却系统
激光专用冷却系统是固体激光器中必不可少的辅助装置。在固体激光器中，输入脉冲灯中的能量只有很少一部分转化为激光能量，其光转换率大约为3%～4%，其余均转化为热的形式损耗掉了。
该冷却系统采用一体化的2～3P水冷机，温差在0.1℃范围内。
2.技术参数
光纤传导式激光焊接机技术参数如表1所示。表1 光纤传导式激光焊接机技术参数
 3.设备的主要优势
该产品的导光系统采用了光纤传导装置，通过光纤的快速传导，使激光的焊接能够高效稳定的进行。根据焊接材料的不同，可以设定输出能量波形、进行波形控制，以达到更为理想的焊接效果。
另外，该焊接机可配合机械手工作，与传统的步进电机运动、激光光路固定连续焊接方式相比，焊接效率可提升3倍以上，实现激光在线焊接全自动化。
4.设备主要配置
光纤传导式激光焊接机主要配置如表2所示，标准工作台如图3所示。表2 光纤传导式激光焊接机主要配置
 
图3 标准工作台（可放置手套箱工作）
振镜式激光焊接机
与光纤传导式激光焊接机一样，振镜式激光焊接机也是瑞通激光引进国外先进技术，并在关键部件上采用优质进口部件生产而成的，具有重复精度高、定位精度高、焊接速度快和焊接范围大等优点，可用于电池、电子、通讯和五金等行业大批量生产企业的离线/在线焊接。
1.激光焊接机系统组成
振镜式激光焊接主要由5部分组成：激光器系统、电源系统、振镜扫描系统、计算机控制系统及冷却系统。
（1）激光器系统
激光器系统主要由激光工作物质、泵浦氙灯、聚光腔和谐振腔组成。振镜式激光焊接机激光工作物质为YAG棒。
激光工作物质：Nd : YAG晶体（进口配件）；
激光波长：1.064mm；
输出功率：0～300W；
脉冲频率：0.1～100Hz（连续可调）；
脉冲宽度：0.5～10ms（连续可调）；
光束发散角：≤10mrad；
能量不稳定度：≤3%（激光功率）；
光斑直径：0.3～1.5mm；
焊接深度：0.2～0.8mm；
连续稳定工作时间：24h。
（2）电源系统
该电源主要由主电源、触发电路、控制电路和保护电路等组成，具有过压、过流保护装置，其电源、脉宽和频率均可调，可以根据需要设置输出波形，以便于焊接不同材料。该电源操作面板具有电流、脉宽频率。其具体技术指标如下：
输入电源：380V±5%；
电源额定功率：10kW；
最大损耗功率：12kW；
脉冲工作电流：0～600A；
电源不稳定度：≤3%。
（3）光路及振镜扫描系统
光学系统：1 064nm基于振镜的高精度反射、聚光系统。
扩束镜：光束反射前多倍扩束组合透镜。
F-θ透镜（见图4）：进口配件，波长1 064nm，焦距f为100或160mm，工作幅面70mm×70mm（标准）、110mm×110mm（可选配）。
图4 F-θ透镜
激光校正：选用0.6328mm的He-Ne激光准直系统指示光轴位置，指示光与激光同轴，在加工时可达到寻迹指示的功能，并及时进行精确对位。
高速扫描振镜是使激光按照预定轨迹运行的执行机构，它主要由高精度电机、电机驱动板、反射镜、F-θ透镜及直流供给电源组成。振镜扫描焊接示意图如图5所示。
图5 振镜扫描焊接示意图
（4）计算机控制系统
计算机控制系统采用专用工业计算机，配置Inter P4处理器，抗干扰的工业主板，中文WINDOWS 2000操作系统。
瑞通激光精心开发的基于WINDOWS 界面的专业激光焊接软件，全中文操作系统，兼容Photoshop、CoreDRAW和AutoCAD等多种绘图软件；能够实现中英文文字、时间日期、条形码和序列号等的焊接，输出中英文、图形和各类条形码等。
① 功能强大：软件提供程序语言Visual Basic的多种可能性，用户可充分发挥32位的技术潜力，软件可在WINDOWS 98、2000或NT下运行，采用标准工业控制卡对激光器和扫描头的数据传输，速度较传统方式提高近一倍；
② 界面友好：软件允许个性化的WINDOWS 用户界面设定，因此软件可适应用户个性化使用要求。
③ 基于WINDOWS 界面的软件具有：图形化的操作界面；可调用多种格式的CAD图形；多种中英文字体；直接对焊点的位置、间距进行调节；全面的激光参数数据库。
（5）冷却系统
激光专用冷却系统是固体激光器中必不可少的辅助装置。在固体激光器中，输入脉冲灯中的能量只有很少一部分转化为激光能量，其光转换率大约3%～4%，其余均转化为热的形式损耗掉了。该冷却系统采用一体化的3P水冷机，温差在0.1℃范围内。
（6）工作台
采用三维电动可调式工作台，操作方便灵活，定位精度高。X/Y/Z三个方向电动、手动调节，调节范围为200mm×80mm×200mm。
2.技术参数
振镜式激光焊接机技术参数如表3所示。表3 振镜式激光焊接机技术参数
 3.设备的主要优势
振镜式激光焊接机的导光系统采用了振镜扫描装置，通过振镜的快速移动，使激光的点焊能够高效稳定地进行。根据焊接材料的不同，可以设定输出能量波形、进行波形控制，以达到更为理想的焊接效果。另外，该焊接机采用工业控制机和进口PLC的双向控制，使高速度振镜系统与数控工作台能够很好地结合在一起，与传统的步进电机运动、激光光路固定连续焊接方式相比，焊接效率可提升10倍以上，实现激光在线焊接全自动化。
该设备焊接速度快、焊斑小，并且焊接时产生的热量极少，热变形极小，特别适用于超薄形不锈钢电路板嵌件的点焊，主要应用领域包括电池行业、手机屏蔽罩、金属手机外壳、金属电容器外壳、硬盘、微电机、传感器以及其他相关产品的高效率激光点焊或密封焊。
焊接范围：110mm×110mm；
焦点处光斑直径：0.3mm；
焊接速度：1～20点/s，因此在用于单点焊接时速度可以成倍的增长，目前在手机屏蔽板焊接的时间小于3s，直接体现了这一优点。
4.生产效率
举例说明：选用原来的硬光路传输的激光焊接机焊接18650圆柱电池极耳（2点），效率为1100个/h；选用振镜扫描式激光点焊机焊接18650圆柱电池极耳（多点），效率为2 000个/h。
5.设备主要配置
振镜式激光焊接机设备主要配置如表4所示，扫描工作台如图6所示。
图6 扫描工作台，工件不需要移动
表4 振镜式激光焊接机设备主要配置
 图7是LWS-300S最新的款式，已经在天津力神、ATL和BYD等多家大公司运行。
图7 LWS-300S最新款式
(end)
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(11/15/2008) |
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