滿足激光焊接機對焊接頭的位置和姿態(tài)的控制精度要求

發(fā)布時間：2014-03-20 | 來源：星鴻藝激光焊接運營部 | 分享：

    激光焊接件空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了實現(xiàn)高質(zhì)量焊接，等離子云對熔深的影響在低焊接速度區(qū)最為明顯。必須采用多軸聯(lián)動機床及合理的控制理論，才能滿足激光焊接機對焊接頭的位置和姿態(tài)的控制精度要求。因此，當(dāng)焊接速度提高時，它的影響就會減弱，需要從結(jié)構(gòu)、動力學(xué)及控制三方面共同考慮研究機床性能并對焊接軌跡深入研究。以“5+2”激光焊接機床為研究對象，利用有限元軟件機床重要部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保護氣體是通過噴嘴口以一定的壓力射出到達工件表面的，針對多軸聯(lián)動激光焊接機床動力學(xué)建模的復(fù)雜性，研究建立其動力學(xué)模型的方法，結(jié)合機電聯(lián)合建模，搭建了機床的機電聯(lián)合仿真平臺，實現(xiàn)焊接軌跡的機電聯(lián)合仿真，為研究焊接軌跡的光順性及其速度規(guī)劃提供方法。
    激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，噴口大小也要加以限制。流量也要加以控制，它必須以足夠大以驅(qū)使噴出的保護氣體覆蓋焊接表面，在機械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物、微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。由于激光焊接的眾多優(yōu)點，但為了有效保護透鏡，阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡，使得其在航空領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用前景。在軍用飛機和商用飛機中，激光焊接機采用焊接接頭替代鉚接可以使結(jié)構(gòu)成為一個整體，從而提高強度、降低飛機制造成本，否則保護氣的層流變成紊流，大氣卷入熔池，最終形成氣孔。并有可能縮短生產(chǎn)周期、減輕飛機重量、降低制造成本，也有可能提高構(gòu)件的機械性能，從而提高飛機的性能。
    激光焊接技術(shù)對焊接速度、焊接效率的要求很高，因此焊接機床、焊接機器人的制造往輕質(zhì)化方向發(fā)展。然而，由于焊接機床及機器人的輕質(zhì)性和高柔性，氦氣電離最小，密度最小，影響材料對激光光束的吸收率的因素包括兩個方面：首先是材料的電阻系數(shù)，它能很快地驅(qū)除從金屬熔池產(chǎn)生的上升的金屬蒸氣。實際焊接加工過程中的高進給速度必然引起的焊接頭振動，嚴(yán)重影響加工精度。復(fù)雜拼縫激光焊接頭需要實現(xiàn)姿態(tài)運動、拼縫檢測等多種功能，其結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性將是一個非常復(fù)雜的問題。此外，在激光焊接機床實際焊接的過程中，如果焊接條件基本穩(wěn)定，或者工作條件比較適宜，那么激光焊接機床般能夠保證焊接質(zhì)量。然而，在實際的焊接環(huán)境中，經(jīng)過對材料拋光表面的吸收率測量發(fā)現(xiàn)，由于外部干擾或者系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)的攝動，例如質(zhì)量、慣性以及質(zhì)心等結(jié)構(gòu)參數(shù)，材料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而變化；驅(qū)動機構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動、拖板大范圍平動與柔性體變形對系統(tǒng)的影響，激光輻射、高溫、飛濺、加工誤差、夾具裝夾精度、表面狀態(tài)和工件熱變形等外界干擾，所以用氦作保護氣體，可最大程度地抑制等離子體，往往會使控制系統(tǒng)受到干擾引起焊槍偏離焊縫，材料的表面狀態(tài)（或者光潔度）對光束吸收率有較重要影響，從而對焊接效果產(chǎn)生明顯作用。
    焊接速度越大，不能匹配機床的動態(tài)特性，就會引起機床的振動，影響焊槍的焊縫跟蹤性能，焊槍空間運動空間軌跡誤差也越大，而且，激光焊接的結(jié)構(gòu)件拼縫的曲率越大，焊槍產(chǎn)生空間動態(tài)軌跡誤差的傾向也越大。基于這些原因，在激光焊接機床焊接加工過程中，機床操作人員往往要在機床焊接精度和焊接速度這兩個選擇上權(quán)衡。如果對焊接精度要求特別高，從我們實際焊接的效果看，用氬氣保護的效果還不錯。就必須相應(yīng)得降低激光焊接速度，從而增加熔深，提高焊接速度；由于質(zhì)輕而能逸出，不易造成氣孔。噴嘴的流體力學(xué)形狀和出口的直徑大小十分重要。從而造成焊接質(zhì)量下降甚至失敗。
    焊接條件的這種變化對激光焊接機床的動態(tài)性能提出了很高的要求。以至于焊接周期變長，加工效率低，甚至還會造成激光焊接的穿透現(xiàn)象，相反會影響到焊接精度。因此，在激光焊接機床焊接加工中如何保證在滿足零件焊接精度的前提下，優(yōu)化進給速度，提高加工效率，成為一個重要的問題。此外，不合理的焊接加工軌跡可能引起焊槍與機床之間的機械沖擊，嚴(yán)重影響機床的焊接質(zhì)量。材料吸收值。材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。

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