Miebach激光焊机Trumpf激光器的研究

Miebach激光焊机Trumpf激光器的研究

石建

河北钢铁集团唐钢高强汽车板有限公司,河北唐山063000

摘要：Miebach激光焊机具有适应性强，焊接效率高，稳定性好的优点，广泛应用于国内外冷轧板材生产的产线上，焊机的作用是将板带的带头和带尾焊接到一起，实现产线连续性生产的作用，焊机的性能直接决定产线的生产效率，而影响公司的竞争力和效益，而决定Miebach激光焊机焊接性能的核心设备就是激光器，目前酸轧产线使用的最多的大功率激光器是12KW的Trumpf激光器，激光器的稳定运行对焊机的性能起到关键性作用，本文主要通过对激光器系统和设备日常维护的研究来提高激光器的稳定性，保证焊机的正常运行。

关键词：激光 控制 焊机 高压 光路

激光器由供电系统、高频发生器、谐振腔、供气系统、冷却系统几个部分组成，由于产线生产环境恶劣，在长期的生产运行中出现了各种问题，结合激光器的设计和设备问题处理以及激光器日常维护，我们主要通过以下几方面研究，来提高激光器的稳定性。

1.激光焊接原理

冷轧厂激光焊机的焊接属于激光深熔焊接，激光深熔焊接使用的焊接模式为连续激光光束焊接，与电子束焊接的方式基本一致，就是将激光能量转化为热能，把工件的对接部分熔化，形成熔池，在随后的冷却过程中形成焊缝。激光焊接的核心是小孔效应，激光深熔焊的能量传递和转换是通过小孔完结构完成的，在高功率密度的激光照射下，被焊接工件出现蒸发现象并形成小孔，吸收全部的入射光束能量，使孔腔内产生了极高的温度，热量从高温孔腔外壁传递出来，把工件的对接部分熔化，激光器设备以设定的速度参数，使激光光束在工件的对接处移动，连续熔化工件，随后冷却凝固形成均匀致密的金属焊缝。

2.激光器高压系统的控制与研究

激光器产生激光的过程是通过激光器供电电路产生10000V高压作用到谐振腔的电极板上将二氧化碳气体电离，并释放能量，通过高频震荡，形成激光束，激光器的高压系统主要由供电部分和高频发生器部分组成，供电部分通过外部供电电路，给激光器提供380V电压，然后通过激光器的高压接触器控制设备给高频发生器提供电压，同时高频发生器，通过控制单元、输出极及电子管产生13.56MHZ高频，并结合高压变压器，给谐振腔提供10000V的高频高压，在此过程中影响高压系统的设备主要有高压接触器，高压接触器在每次产生高压前都会吸合一次，使用频率极高，如果高压变压器出现故障，激光器不能产生高压，在使用过程中，高压接触器出现吸合不畅的问题，针对此问题，主要由两方面原因导致，一方面是接触器本身，我们要经常检查接触器的触点，触点经过长期的接触产生电弧，同时部分铁粉进入触点，导致触点损伤，或因为长时间使用老化，导致接触器出现问题，一方面是接触器的控制部分，有辅助触点和其他控制接触器和继电器，尤其是辅助触点，在高强度的反复吸合，辅助触点特备容易损坏，导致误信号，同时其他控制接触器和继电器由于老化或者粉尘原因也会导致高压接触器接触不畅，我们针对此问题在日常设备维护过程中，要定期检查触点，更换辅助触点，并清理灰尘，保持设备清洁。

3.激光器谐振腔的控制与研究

    激光器谐振腔是产生激光的装置，激光气体按照比例被输送到腔体内，通过涡轮风扇充分混合均匀，然后高频高压作用到极板上，将二氧化碳气体电离，通过能级的跳跃二氧化碳分子释放出能量，并在谐振腔内震荡，产生激光束，然后激光束通过反射镜和输出镜将激光束输送到外光路，并做用到带钢上，在此过程中，涡轮风扇、反射镜、输出镜、激光外光路对于产生激光的整个过程有着关键性的作用，涡轮风扇是由变频器控制磁悬浮风扇，属于免维护设备，但由于磁悬浮的特性，风扇旋转过程中零磨损，但无固定装置，极容易受振动影响，输出镜的作用是将形成的激光束传递出来，输出镜的激光输出效率直接影响激光的功率稳定性，外光路和反射镜将激光反射到工件上，由于温度和环境粉尘的原因，会导致反射镜脏污并发生形变，光路激光发生偏差，影响焊接质量，针对谐振腔的问题及控制方式的研究，首先要保证谐振腔安装稳定，调整焊机产生振动的部位，保证风扇的稳定运行，同时要定期清理反射镜，并调整光路，对于输出镜的性能，我们要定期进行冷模和热模两种模式打点，检查激光输出效果，并检查输出镜运行参数，出现老化现象及时处理。

4. 激光器冷却系统的控制与研究

激光器在运行过程中会产生大量的热热量，所以冷却设备是必不可少的，激光器的冷却设备主要有两种分别是水冷、风冷，激光器水冷设备是冷水机，冷水机有两个水箱，一个是铜水箱，一个是铝水箱，两个水箱互相配合主要给电子管、反射镜等发热严重部件进行冷却，使各部件保持室温，保证激光的输出效率，影响水冷效果的设备主要是冷水机，对于冷水机设备来说，压缩机、散热翅片、冷却水是非常重要的，压缩机正常运行需要充足的冷媒，在压缩机运行过程中会产生大量的热量，需要散热翅片散热，同时冷却水必须保持充足并符合要求，我们要定期检查冷媒压力，及时清理散热翅片，更换冷却水，检查水管的密封性，保证冷水机正常运行；激光器风冷设备主要有空调和压缩空气，其中空调主要应用于供电柜、高频柜、谐振腔室，避免柜内各部件发热过大，影响元器件寿命和运行效果，压缩空气主要用于柜内有冷却水的部位，避免夏季内外温差过大，导致结露，出现电气故障，我们日常要注意清理空调散热装置，保证冷媒压力，同时保证压缩空气运行压力。

5.激光器供气系统的控制与研究

    Miebach激光焊机Trumpf激光器属于二氧化碳气体激光器，产生激光的气体有三种分别是二氧化碳、氦气、氮气，其中二氧化碳气体分子电离产生能量，通过震荡产生激光束，氮气和氦气用来辅助二氧化碳分子能级的跳跃，三种气体通过混气装置按照设定的比例混合好输送到谐振腔内，为了保证气体的纯度，在输送前，首先通过真空泵将谐振腔抽成真空，影响供气系统的因素主要有气源的纯度、混气装置、真空泵、腔体密封性，采购激光气体时必须符合使用标准，混气装置各部位密封性、阀体运行效果都要达到要求，真空泵要定期更换泵体润滑油，检查气密性，腔体内定期紧固各种气管接头，检查各部位密封性，定期进行真空测试，保持良好的密封性。

结论：

    Miebach激光焊机的Trumpf激光器具有功率大、焊接范围广、焊接效率高、稳定性强等优势，但长期运行过程中仍会出现一些故障，通过以上的研究讨论，我们对激光器结构有了一定的认识，并掌握了激光器保持稳定运行的一些方法，在激光器设备运行过程中主要涉及到的是周期性管理和预防性管理，我们在严格执行周期性管理的同时，要深入研究激光器的设计结构，找出激光器运行的问题点，提前预防问题的发生，保证设备的稳定运行。

参考文献：

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