發布日期：2022-10-09 點擊率：59
1. 簡介
遠程激光焊接技術（RLW），作為一種非接觸式機器人激光焊接工藝，近些年已經獲得了較大發展，并被應用于提高激光焊接工藝的生產效率，改善其加工的靈活性。RLW的試驗研究工作最早出現于1996年，由John Macken提出。RLW的主要特征是長焦距（可達1600 mm）、高功率、高光束質量激光源與振鏡掃描裝置的完美結合。與傳統激光焊接工藝相比，RLW加工的靈活性更好，速度更快，周期更短。
一直以來，RLW技術研究工作被應用于各種類型的激光器。波長1080nm的高功率光纖激光器不僅能夠實現激光束的光纖傳輸，還能夠強化加工的靈活性及聚焦的精準度。而CO2激光器由于波長較長（10.6 μm），所以生成的光束不可能通過光纖傳輸。高功率光纖激光因其合適的波長及優良的光束質量，在RLW應用領域具有無可比擬的優勢，是取代傳統CO2激光和Nd: YAG激光的理想選擇。
RLW的工作原理是通過振鏡掃描對激光光束進行反射和定位，使其以高速傳輸到工件表面[9]。現在，在RLW領域應用最為廣泛的是2D掃描。2D掃描單元其實是一個振鏡系統，包含兩個可電動旋轉的輕型掃描鏡。該系統可處理5 kW輸出功率，比3D掃描更經濟。
當然，RLW也面臨著諸多挑戰， 比如對預加工的要求、對焊接質量和穩定性的要求、需要提供保護氣體、需要特別注意鍍層薄板的夾持和定位等。與傳統的激光焊接相比，RLW需要關注的工藝參數更多。這些參數大致可以分為光束質量、加工參數及材料屬性三大類。
2. 遠程激光焊接工藝
2.1. 工藝原理
RLW的理念并不是特別新奇，其原理主要是通過掃描儀，在工件上方一定距離對聚焦的激光光束進行反射和定位，焦距通常在1000~1600 mm之間。1996年，John Macken進行了第一次RLW試驗，采用焦距為1600 mm的激光實現了小孔模式焊接，該試驗被認為是RLW工藝發展史上的里程碑。掃描儀能夠幫助激光光束正確投射在面積為1 m×1 m，甚至是超過2 m3的大型工件上，焊接速度可達30 m/min。
一般RLW工藝有兩種工作模式：集成掃描儀的RLW系統和基于機器人的RLW系統。集成掃描儀的RLW系統是利用一個掃描單元（一般為2D掃描儀）對激光光束進行定位和聚焦，如圖1（a）所示；而基于機器人的RLW系統則是指通過一個長焦距激光光學鏡與一個六軸機器人完成操作，由機器人負責激光光束在工件表面的定位，如圖1（b）所示。
(a) (b)
圖1. 集成掃描儀的RLW系統（a）和基于機器人的RLW系統（b）
與基于機器人的RLW系統相比，集成掃描儀的RLW系統可應用于多種領域，且加工周期更短，精準度更高，但是這種系統對激光光束的質量要求也比基于機器人的RLW系統高很多。表1為集成掃描儀的RLW系統和基于機器人的RLW系統與傳統激光焊接的性能比較。
表1. 遠程焊接工藝和傳統激光焊接工藝的參數對比
1=很差/很低；2=一般；3=良好
2.2. 配置條件
要想獲得好的遠程焊接結果，必須滿足以下三個條件：
1. 一臺確保激光光束正確傳輸和定位的掃描儀
2. 一臺能夠進行長焦距作業的高質量高功率光纖激光器
3. 全面正確地控制工藝參數
2.2.1. 掃描儀
掃描儀將確保光束根據所需的焊接路徑在工件表面正確引導，并快速定位。高度靈活的輕型掃描頭能夠使光束在焊點之間極為快速地移動，這也就意味著定位所需的時間將遠遠低于傳統激光焊接工藝。
圖2所示為一個掃描頭的典型元件。掃描單元主要由一組振鏡和透鏡構成。在遠程焊接中，激光光束首先會通過透鏡。透鏡可以沿著光軸移動，從而改變焦點位置。激光光束通過X振鏡和Y振鏡被相繼反射和引導，最后沿著既定的焊縫，在工件表面精確聚焦。圖3表示一個典型的2D掃描儀系統，其中包括焊縫追蹤傳感器，直線投影設備以及高靈敏度的2D掃描單元。
圖2. 構成掃描頭的典型元件
圖3. 2D掃描儀系統的主要部件
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