任務(wù)2-2 YAG激光焊接機(jī)講解

1、激光加工設(shè)備單元教學(xué)設(shè)計(jì)項(xiàng)目2激光焊接設(shè)備任務(wù)2YAG激光焊接機(jī)授課班級上課時(shí)間年月日第節(jié)上課所時(shí)需4教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)熟悉YAG激光焊接機(jī)的主機(jī)操作流程，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)的奉獻(xiàn)精神了解YAG激光焊接機(jī)結(jié)構(gòu)重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：YAG激光焊接機(jī)結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：YAG激光焊接機(jī)的主機(jī)操作流程解決方法：1、通過實(shí)物觀摩，增強(qiáng)學(xué)生的直觀印象，為解決YAG激光焊接機(jī)結(jié)構(gòu)打好基礎(chǔ)。2、通過觀摩和講解，并用多媒體手段，突破主機(jī)操作流程這一難點(diǎn)。參考資料王中林激光加工設(shè)備與工藝M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.鄭啟光激光加工工藝與設(shè)備M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.王秀軍激光加工實(shí)訓(xùn)技能指導(dǎo)

2、（下冊）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014教學(xué)設(shè)計(jì)基本框架第一部分：組織教學(xué)和復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容（時(shí)間：分鐘）提問：1.請簡述激光焊接設(shè)備的基本組成。2.激光焊接機(jī)的光束與工件的相對運(yùn)動(dòng)形式主要有哪些？第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時(shí)間：分鐘）1、了解YAG激光焊接機(jī)結(jié)構(gòu)。2、熟悉YAG激光焊接機(jī)的主機(jī)操作流程【步驟二】新知識的引入（時(shí)間：分鐘）YAG激光焊接是用高能脈沖激光對工件實(shí)施焊接，它以脈沖氙燈作為泵浦源，以ND：YAG作為產(chǎn)生激光工作物質(zhì)。激光電源首先將脈沖氙燈預(yù)燃，通過激光電源對脈沖氙燈放電，使氙燈產(chǎn)生一定頻率和脈寬的光波，光波經(jīng)聚光腔照射ND：YAG激

3、光晶體，從而激發(fā)ND：YAG激光晶體產(chǎn)生激光，再經(jīng)過諧振腔后產(chǎn)生波長為1064nm的脈沖激光，激光經(jīng)過擴(kuò)束、反射（或經(jīng)過光纖傳輸）、聚焦后輻射至工件表面，使工件局部熔化實(shí)現(xiàn)焊接?！静襟E三】新知識學(xué)習(xí)（時(shí)間：分鐘）知識點(diǎn)一：激光焊接設(shè)備的基本組成YAG型激光焊接機(jī)總體結(jié)構(gòu)：激光焊接機(jī)主要由電源柜、主機(jī)柜、冷卻系統(tǒng)構(gòu)成。1主機(jī)柜2激光器3.升降機(jī)構(gòu)4.CCD監(jiān)視系統(tǒng)5導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)6焊接夾具7兩維數(shù)控工作臺&外循環(huán)系統(tǒng)9控制系統(tǒng)10.激光電源11.內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)實(shí)體圖及結(jié)構(gòu)布置圖結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)徼光電源指示光反射鏡輸出鏡光閘光欄聚光腔斗亍反射鏡設(shè)問：激光焊接設(shè)備的基本組成有哪些?知識點(diǎn)二：Nd：YA

4、G激光器激光焊接機(jī)采用的是脈沖Nd：YAG固體激光器，工作介質(zhì)是摻釹釔鋁石榴石晶體，泵浦源為氙燈。其輸出激光波長為1.064um，是不可見紅外光。激光諧振腔原理如圖HHIIh1口口彳蟲-r-rH泵浦燈泵浦燈輸出激光輸出激光諧振腔原理圖激光諧振腔由垂直于激活材料光軸的兩個(gè)相對的平行反射鏡和輸出鏡構(gòu)成，起到高選擇反饋器件的作用。將放大介質(zhì)發(fā)射的部分信號耦合反饋，其相位保持不變，從而產(chǎn)生激光振蕩。橢圓柱聚光腔（G單禰圓柱聚光腔（b）犬偏心率（c）小偏心率（d）四擁圓柱聚光腔(a)(b)緊包式聚光腔S圓柱#汕燈蚩衛(wèi)壯設(shè)問：Nd：YAG激光器的基本原理是什么？知識點(diǎn)三：激光傳輸系統(tǒng)激光焊接機(jī)的激光諧振腔

5、安裝在光具座內(nèi)，是整個(gè)設(shè)備的核心部件，光具座內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖指示光源系統(tǒng)2.全反射膜片架3.光閘4.聚光腔5.光闌6.半反射膜片架7.聚焦導(dǎo)光系統(tǒng)光具座結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)問：激光傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有哪些？知識點(diǎn)四：激光器主光路主光路由諧振腔膜片、光闌、YAG晶體、氙燈及聚光腔組成，它決定了激光的輸出。激光諧振框圖如圖。激光焊接機(jī)的聚光腔采用的是新t?1*411T上1T型非全腔水冷式雙橢圓柱面組合1全反射鏡2、3聚光腔4半反射鏡結(jié)構(gòu)。該激光腔結(jié)構(gòu)合理，拆卸方:川址二“心血便，密封性好，其光電轉(zhuǎn)換率高，但如果玻璃管破裂會(huì)造成冷卻水外泄，所以操作時(shí)要格外小心，避免泵浦燈和晶體棒玻璃管的損壞。如發(fā)生玻璃管損壞必須立

6、即切斷電源，防止發(fā)生危險(xiǎn)。設(shè)問：激光傳輸主光路是什么？知識點(diǎn)五：聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)主要由聚焦鏡和Z軸聚焦系統(tǒng)組成，激光焊接通常需要一定的離焦量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔，離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對均勻，離焦方式有兩種正離焦與負(fù)離焦，焦平面位于加工部位上方為正離焦，反之焦平面位于加工部位下方為負(fù)離焦。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)采用負(fù)離焦。焊接薄材料時(shí)，不宜采用負(fù)離焦。設(shè)問：如何正確理解離焦量？知識點(diǎn)六：指示系統(tǒng)指示光系統(tǒng)由激光燈管、電源及精密調(diào)整架組成。用于指示焊接位置，同時(shí)也作諧振腔及其它光學(xué)部件的調(diào)整基準(zhǔn)。知識點(diǎn)七：激光電源激光焊接機(jī)電源是激光焊接機(jī)

7、的重要組成部分，它可供激光焊接機(jī)的脈沖氙燈工作，其脈沖頻率和脈沖電源均可調(diào)。本電源為開關(guān)電源，主要原理為：三相交流電經(jīng)整流、濾波后變成直流，對儲(chǔ)能電容充電，經(jīng)整流逆變后，再通過大功率開關(guān)管放電，并經(jīng)過高功率、精密電感變?yōu)楹懔髟矗闺療舴烹?，放電的頻率和寬度由控制信號決定。電源由主電路、觸發(fā)電路、預(yù)燃電路、控制電路、保護(hù)電路組成。設(shè)問：激光電源系統(tǒng)是由哪些部分組成的?知識點(diǎn)八：冷卻系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換成激光，其光能轉(zhuǎn)換效率只有3%左右，大量的電能都轉(zhuǎn)換成熱能。這部分熱能對激光器件有巨大的破壞力，使YAG激光晶體及氙燈破裂，聚光腔變形失效等，所以必須有冷卻系統(tǒng)提供冷卻保障。考慮到系統(tǒng)的光學(xué)效率，冷卻介質(zhì)一

8、般為去離子水或蒸餾水。以保證內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)不受污染。本系統(tǒng)則采用雙循環(huán)制冷機(jī)組，內(nèi)循環(huán)水冷卻激光器，外循環(huán)水冷卻內(nèi)循環(huán)水。冷卻系統(tǒng)包含水箱、過濾器、磁性泵以及水溫、水流量保護(hù)器等組成。其原理圖如下所示：冷卻系統(tǒng)主回路原理圖設(shè)問：冷卻系統(tǒng)的作用是什么？知識點(diǎn)九：主機(jī)操作本機(jī)為液晶顯示、單片機(jī)控制的激光電源。用戶通過操作鍵對多種激光波形和參數(shù)進(jìn)行編程（程序可貯存199組），從而實(shí)現(xiàn)對工作電流、工作頻率、脈沖寬度和焊接斑點(diǎn)直徑的智能化控制。具有控制功能強(qiáng)，性能穩(wěn)定，體積小，操作方便且便于維修等特點(diǎn)。1）激光電源面板激光控制面板示意圖液晶顯示內(nèi)容有“開機(jī)”（或“關(guān)機(jī)”）、“切換”、“程序號”、“電流A”、

9、“脈寬ms”、“頻率Hz”和“光斑直徑mm”等。按“選擇”鍵，光標(biāo)在液晶顯示屏上移動(dòng)至所需編輯或操作選項(xiàng)處；按“調(diào)節(jié)”鍵，光標(biāo)所在處后面的數(shù)字減少可增加；按“0K”鍵，前面的編輯或操作得到確認(rèn)。2）開機(jī)前檢查（當(dāng)電源經(jīng)長途運(yùn)輸后，開機(jī)前按下列要求對整機(jī)全面檢查）：印制板無松動(dòng)；器件無脫落；線鼻子無松動(dòng)；所有接地正確。3）開機(jī)閉合空氣開關(guān)，接通動(dòng)力電源；用鑰匙開關(guān)接通電源；按“選擇”鍵，將光標(biāo)移動(dòng)至“開機(jī)”處，按“0K”鍵。大約75秒鐘后，機(jī)器自動(dòng)鳴笛一聲，液晶顯示“關(guān)機(jī)”，氙燈預(yù)燃成功。4）裝載程序預(yù)燃成功后，液晶屏上自動(dòng)調(diào)出第一組焊接參數(shù)程序。在裝載狀態(tài)下，將光標(biāo)移至“程序”處，按組合鍵f或

10、（可逐個(gè)調(diào)用其它已貯存的焊接參數(shù)程序。5）編程本系可以統(tǒng)貯99組焊接參數(shù)程序。用戶使用時(shí)可以選擇適當(dāng)焊接參數(shù)的程序進(jìn)行焊接。程序編輯方法如下：首先將光標(biāo)移至“程序”處，按“調(diào)節(jié)”鍵，調(diào)出不同的參數(shù)組，找到該參數(shù)的編號，按“0K”鍵，進(jìn)入該組參數(shù)的編輯狀態(tài)。將光標(biāo)移致“電流”或“脈寬”處，按“調(diào)節(jié)”鍵，可設(shè)置電流或脈寬。將光標(biāo)移致“分段號”，按“調(diào)節(jié)”鍵，設(shè)置參數(shù)在各段之間切換并對應(yīng)各段的編號。增加波形段數(shù)，可按“調(diào)節(jié)鍵，最多允許15段。如要?jiǎng)h除某一波形段數(shù)，就將該段脈寬設(shè)置為“0”，再按“0K”鍵，則該段被刪除。6）關(guān)機(jī)按“選擇”鍵，光標(biāo)移至“關(guān)機(jī)”處，按“0K”鍵，5秒鐘后，機(jī)器長鳴一聲，主

11、電源關(guān)斷成功。再按“停機(jī)”按鈕，關(guān)斷控制電源。最后關(guān)斷空氣開關(guān)。此時(shí)按空氣開關(guān)使整機(jī)斷電。每次開關(guān)機(jī)時(shí)，每個(gè)繼電器的通斷吸合按程序執(zhí)行的，用戶仔細(xì)聽是有一定規(guī)律的，如果在開機(jī)時(shí)聽到繼電器吸合不正常如抖動(dòng)或不規(guī)律等，有可能是印制板沒有插到位或者是松動(dòng)了，插緊后再開機(jī)。7）焊接操作面板激光焊接機(jī)面板焊接操作面板示意圖焊接操作面板使用說明：驅(qū)動(dòng)：按下驅(qū)動(dòng)鍵可啟動(dòng)工作臺校正：專用于調(diào)光和指示，如安裝有夾具一般情況下可減少使用該功能回零：按下此鍵則工作臺將回到最初的零點(diǎn)位。程序：按下程序鍵，可走預(yù)先設(shè)好的程序。程控：按下驅(qū)動(dòng)鍵后，按下程控鍵，再踩腳踏開關(guān)或按程序鍵，則工作臺開始走預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序并出光。手控：按下手控鍵，就出激光。切換開關(guān)是根據(jù)需求對Y軸和旋轉(zhuǎn)夾具之間進(jìn)行切換。X+,X,Y+,Y則是對工作臺進(jìn)行微調(diào)。設(shè)問：主機(jī)操作的步驟有哪些?