激光焊接课程设计.doc

1、激光焊接机的工作原理
激光焊接机是利用激光的特性,实现工件焊接的机器。激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种:
(1)热传导焊接 
当激光照射在材料表面时,一部分激光被反射,一部分被材料吸收,将光能转化为热能而加热熔化,材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递,最后将两焊件熔接在一起。
(2)激光深熔焊 
当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时,材料吸收光能转化为热能,材料被加热熔化至汽化,产生大量的金属蒸汽,在蒸汽退出表面时产生的反作用力下,使熔化的金属液体向四周排挤,形成凹坑,随着激光的继续照射,凹坑穿入更深,当激光停止照射后,凹坑周边的熔液回流,冷却凝固后将两焊件焊接在一起。
2、激光焊接机的特点
激光焊接机的自动化程度高,焊接工艺流程简单。非接触式的操作方法,能够达到洁净、环保的要求。采用激光焊接机加工工件能够提高工作效率,成品工件外观美观,焊缝小,焊接深度大,焊接质量高。激光焊接机广泛应用于牙科义齿的加工,键盘焊接,矽钢片焊接,传感器焊接,电池密封盖的焊接等等方面。但激光焊接机的成本较高,对工件装配的精度要求也较高,在这些方面仍有局限性。
3、激光焊机的组成
YAG 激光焊接机由YAG 激光器,光学观察、聚焦系统,移动工作台及水循环冷却系统等部件框架组成。
(1)激光器
固体激光采用光泵浦。活性粒子吸收了光能,在工作物质里造成粒子数反转,形成受激辐射光。激光器由工作物质、泵浦源、聚光腔、光学谐振腔、冷却液、滤光管等构成。原型机激光类型为单灯棒重复脉冲焊接激光,激光波长 ,工作物质是四能级的渗杂Nd3+离子的钇铝石榴石晶体棒Y3Al5O12 。泵浦源是3KW 氙闪光灯。聚光腔内表面抛光镀金,并有夹层冷却通道。外套氙灯的滤除紫外线管保护了晶体棒。谐振腔内受激光经过99%以上的全反镜振荡放大,由半反镜输出。内部描述如图1:
(2)光路系统
单脉冲氙灯激励侧面泵浦腔,光束经晶棒增透膜两端一定路程反折放大,透射光经45°折反后垂直入射到可以Z 轴伸缩的防护套筒,套筒内有一套孔径光阑透镜组调节出光窗口的聚焦光斑,最后才照到待焊接的精密零工件表面。光路结构如图2 所示:

图1 激光焊接机部件构造
图2激光焊接机光路系统构造
(3)循环冷却系统
闭合回路流水冷却系统包括水泵、热交换器、水容器、过滤器、水软化器、流量压力温度传感器等构成,主要用以消除聚光腔中产生的热量和减少泵浦的内反射。热交换器采用了120℃, 的四门板式换热器。另外,机器内稳流50A 所用的710mH 。
(4)电力电源系统
主电路包括充电电路、蓄能网络、放电电路、触发及预燃电路、操控板。晶闸管SKM500GA 完成三相整流,用面板上的升压旋钮调节氙灯直流工作电压至400±5%伏。移相模块线路板除了能产生多路电压源以外,板上的MC14538 触发器控制分频与脉宽值,其参数由手动调节RC 电路或者程控调整的PLC 方波确定。信号触发NE555 又经选通开关驱动IGBT 晶闸管的B 端。图3 所示为IGBT 移相控制:
表1 激光焊机性能指标

图3 IGBT