Resumen detallado de los cabezales de soldadura láser voladores

Resumen detallado deCabezales de soldadura láser voladores

Cubre nombres de componentes, definiciones, principios, parámetros de diseño y cálculos de fórmulas, y es aplicable asoldadura por escaneo de alta velocidad(como sistemas de galvanómetro) o aplicaciones de soldadura remota.

1. Composición y definición de los cabezales de soldadura láser para soldadura en vuelo

La soldadura voladora (soldadura láser de escaneo) logra un enfoque dinámico a través de haces láser reflectantes de galvanómetro de alta velocidad y es adecuada para áreas grandes ysoldadura de alta velocidadSus componentes principales son los siguientes:

1. Módulo de colimación del haz

Colimador

Función: Convertir la salida del láser divergente (NA=0,1~0,22) a través de la fibra óptica en un haz paralelo.

Parámetros clave: Distancia focal fcoll, diámetro del haz colimado Dcoll.

Fórmula:

1.2 Sistema de escaneo del galvanómetro

Espejos galvanométricos de eje X/Y

Función: Cambiar la dirección del haz de luz mediante espejos giratorios de alta velocidad para lograr un escaneo plano bidimensional.

Parámetros clave: Velocidad de escaneo (generalmente ≥10 m/s), precisión de posicionamiento repetitivo (<±5 μrad), tamaño del espejo (debe cubrir el diámetro del haz Dcoll).

Motor de galvanómetro: Servomotor o motor de galvanómetro con un tiempo de respuesta inferior a 1 ms.

1.3 Módulo de enfoque dinámico (lente F-Theta o galvanómetro + lente de campo plano)

Lente F-Theta

Función: Convertir el ángulo de deflexión del galvanómetro en un desplazamiento lineal en el plano para mantener la consistencia del enfoque.

Fórmulas clave:

2. Principio de funcionamiento

Trayectoria del haz: Láser → Colimador → Galvanómetro X → Galvanómetro Y → Lente F-Theta → Superficie de la pieza de trabajo.

Enfoque dinámico:

Cuando el ángulo de deflexión del galvanómetro es θ, la posición de enfoque (x, y) se convierte mediante la lente F-Theta de la siguiente manera:

3. Parámetros y fórmulas clave de diseño

3.1 Cálculo del tamaño del spot

Diámetro del punto focalizado d (límite de difracción):

3.2 Rango de escaneo y ángulo del galvanómetro

Rango máximo de escaneo L:

3.3 Velocidad y aceleración de la soldadura

Velocidad lineal v

3.4 Profundidad de campo (DOF)

3.5 Densidad de potencia y entrada de energía

Densidad de potencia I:

Densidad de energía E (soldadura por pulsos):

4. Aberraciones y diseño de optimización

4.1 Corrección de aberraciones de la lente F-Theta

Distorsión: Debe satisfacer r∝θ, y la distorsión no lineal debe ser <0,1%.

Curvatura de campo: Diseñar un campo plano mediante grupos de lentes múltiples.

4.2 Error de sincronización del galvanómetro

El retardo del galvanómetro X/Y debe ser inferior a 1 μs para evitar puntos elípticos.

5. Ejemplo de proceso de diseño

Requisitos de entrada: Rango de escaneo L, tamaño del punto d, velocidad de soldadura v. Seleccionar lente F-Theta: Determinar fθ según L=2fθtan(θmax).

Calcular los parámetros del galvanómetro: velocidad angular ω=v/fθ, y verificar el rendimiento del galvanómetro.

Verificar la calidad de la imagen: Optimizar las aberraciones del grupo de lentes mediante Zemax/OpticStudio.

6. Precauciones

Gestión térmica: Los galvanómetros y las lentes necesitan refrigeración por agua cuando se utilizan a alta potencia (como >1 kW).

Protección anticolisión: Los galvanómetros necesitan frenado de emergencia para evitar colisiones mecánicas.

Calibración: Calibre periódicamente la coaxialidad del trayecto óptico (desviación <0,05 mm).