详解高功率光纤激光器远程焊接技术

本文摘要：1.概述 远程激光焊技术（RLW），作为一种非接触式机器人激光焊工艺，近些年早已取得了较小发展，并被应用于提升激光焊工艺的生产效率，提高其加工的灵活性。RLW的试验研究工作最先经常出现于1996年，由JohnMacken明确提出。 RLW的主要特征是宽焦距（平均1600mm）、高功率、低光束质量激光源与振镜扫瞄装置的极致融合。与传统激光焊工艺比起，RLW加工的灵活性更佳，速度更加慢，周期更加较短。 仍然以来，RLW技术研究工作被应用于各种类型的激光器。

1.概述　　远程激光焊技术（RLW），作为一种非接触式机器人激光焊工艺，近些年早已取得了较小发展，并被应用于提升激光焊工艺的生产效率，提高其加工的灵活性。RLW的试验研究工作最先经常出现于1996年，由JohnMacken明确提出。

RLW的主要特征是宽焦距（平均1600mm）、高功率、低光束质量激光源与振镜扫瞄装置的极致融合。与传统激光焊工艺比起，RLW加工的灵活性更佳，速度更加慢，周期更加较短。　　仍然以来，RLW技术研究工作被应用于各种类型的激光器。

波长1080nm的高功率光纤激光器不仅需要构建激光束的光纤传输，还需要增强加工的灵活性及探讨的精准度。而CO2激光器由于波长较长（10.6m），所以分解的光束不有可能通过光纤传输。高功率光纤激光因其适合的波长及优良的光束质量，在RLW应用领域具备无可比拟的优势，是代替传统CO2激光和Nd:YAG激光的理想自由选择。

　　RLW的工作原理是通过振镜扫瞄对激光光束展开光线和定位，使其以高速传输到工件表面[9]。现在，在RLW领域应用于尤为普遍的是2D扫瞄。2D扫瞄单元只不过是一个振镜系统，包括两个可电动转动的轻型扫瞄镜。该系统可处置5kW输出功率，比3D扫瞄更加经济。

　　当然，RLW也面对着诸多挑战，比如对预加工的拒绝、对焊质量和稳定性的拒绝、必须获取维护气体、必须特别注意镀层薄板的夹持和定位等。与传统的激光焊比起，RLW必须注目的工艺参数更加多。这些参数大体可以分成光束质量、加工参数及材料属性三大类。

　　2.远程激光焊工艺　　2.1.工艺原理　　RLW的理念并不是尤其新奇，其原理主要是通过扫描仪，在工件上方一定距离对探讨的激光光束展开光线和定位，焦距一般来说在1000~1600mm之间。1996年，JohnMacken展开了第一次RLW试验，使用焦距为1600mm的激光构建了小孔模式焊，该试验被指出是RLW工艺发展史上的里程碑。扫描仪需要协助激光光束准确感应在面积为1m1m，甚至是多达2m3的大型工件上，焊速度平均30m/min。　　一般RLW工艺有两种工作模式：构建扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统。

构建扫描仪的RLW系统是利用一个扫瞄单元（一般为2D扫描仪）对激光光束展开定位和探讨，如图1（a）右图；而基于机器人的RLW系统则是指通过一个宽焦距激光光学镜与一个六轴机器人已完成操作者，由机器人负责管理激光光束在工件表面的定位，如图1（b）右图。　　(a)(b)　　图1.构建扫描仪的RLW系统（a）和基于机器人的RLW系统（b）　　与基于机器人的RLW系统比起，构建扫描仪的RLW系统可应用于多种领域，且加工周期更加较短，精准度更高，但是这种系统对激光光束的质量拒绝也比基于机器人的RLW系统低很多。表格1为构建扫描仪的RLW系统和基于机器人的RLW系统与传统激光焊的性能较为。

　　表格1.远程焊工艺和传统激光焊工艺的参数对比　　1=很差/很低；2=一般；3=较好　　2.2.配备条件　　要想要取得好的远程焊结果，必需符合以下三个条件：　　1.一台保证激光光束准确传输和定位的扫描仪　　2.一台需要展开宽焦距作业的高质量高功率光纤激光器　　3.全面正确地掌控工艺参数　　2.2.1.扫描仪　　扫描仪将保证光束根据所需的焊路径在工件表面正确引导，并较慢定位。高度灵活性的轻型扫瞄头需要使光束在焊点之间十分较慢地移动，这也就意味著定位所需的时间将相比之下高于传统激光焊工艺。　　图2右图为一个扫瞄头的典型元件。

扫瞄单元主要由一组振镜和透镜包含。在远程焊中，激光光束首先不会通过透镜。

透镜可以沿着光轴移动，从而转变焦点方位。激光光束通过X振镜和Y振镜被陆续光线和引领，最后沿着既定的焊缝，在工件表面准确探讨。

图3回应一个典型的2D扫描仪系统，其中还包括焊缝跟踪传感器，直线投影设备以及高灵敏度的2D扫瞄单元。　　图2.包含扫瞄头的典型元件　　图3.2D扫描仪系统的主要部件　　2.2.2.高功率光纤激光器　　近年来，高功率光纤激光器构建了较慢发展，在材料加工应用领域早已展现出出有极具优势的特性。具备极好光束质量的高功率光纤激光器可以获取超高的功率密度峰值，能超过几个MW/mm2量级，这对于长距高速远程激光焊而言至关重要。

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