激光焊过程控制

激光焊过程控制的主要内容就是对焊接参数的控制。在进行激光焊接时，光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的焊接参数之一。在一 定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳焦点位置范围，才可获得最大熔深和 良好的焊缝成形。偏离这个范围，熔深则下降，甚至破坏稳定的深熔焊过程，变为 摸式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊时，存在多种因素影响焦点位置的稳定 性，包括因非平面焊件和焊接变形引起的焊接喷嘴和焊件间距离的变化，激光器窗 口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化，以及光束在光路中不同位置引 起焦点位置的变化等。如何迅速地确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围，一 直是激光焊迫切要求解决而又难度很大的课题。 图4-52所示为消华大学研制的CO2激光焊焦点位里的双闭环控制系统示意图.整个系统包括数控激光焊接机床(CNC)、特殊设计的激光焊炬以及检侧控制系统。焊接喷嘴和焊件间的距离可以通过上下调节焊炬位置实现，而聚焦透镜位则由电动机驭动在焊炬内独立上下运动.实现对焦点位2的调节。检侧系统由电荷传感器(PCs喷嘴)和装在喷嘴侧面的光学传感器(PS传感器)组成。焊接过程中.根据检侧到的PCs信号变化，系统可以自动调节喷嘴至焊件表面距离.保证在焊接过程中保持喷嘴·焊件距离恒定;同时.根据PS信号调整聚焦透镜的位置，用于补偿因热透镜效应引起的焦点位置波动，使焦点位置始终处在最佳焦点位里范围。

图4-52激光焊焦点位置双闭环控制系统组成

    图4-53所示为这种质量检测与闭环控制的试验结果。双闭环控制试验是在450mm长的弯板上进行的，包括了上坡焊、平焊和下坡焊三种情况。图中焊缝A为只采用PCs信号单独控制焊接喷嘴一焊件距离的试验结果，可以看出虽然喷嘴舜控随焊件斜率升降能保持喷嘴一焊件距离不变，但由于热透镜效应的影响，焊接过程中焦点位置逐渐偏离最佳焦点位置，由稳定的深熔焊变为模式不稳定焊和热导焊。而焊缝B则采用了双闭环控制，既控制了喷嘴一焊件距离，又能自动调节透镜的高度，对焦点位置进行全闭环控制，补偿了包括热透镜效应在内的各种因素的影响，所以焊接过程中能始终保证熔深和缝宽均匀。