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易學·惠用丨探索手持焊接頭裡的光學原理

手持鐳射焊接裝置是近年來鐳射應用市場的劃時代明星產品,快速崛起為綠色鐳射產業的增長點之

一。20

18年以來,鐳射手持焊接每年複合增長超過100%,2020年預計有100家鐳射手持焊機廠家,2021年預計到達500家各型別手持鐳射裝置整合廠家,呈現爆發式增長。對於手持鐳射焊接裝置來講,連線使用場景、輸出鐳射能量的焊接頭是一個極其重要的部件。而在焊接頭裡,光學部分是一個很重要的部分。

手持焊接頭基本的光學原理包括光束準直、光束擺動、光束聚焦三個部分,如下圖所示。鐳射束由QBH射出後,經由準直鏡變為平行光,再透過振鏡反射至聚焦鏡,最後聚焦到工件表面。

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光束準直

從QBH的光纖中出來的光是一個點光源,存在一定的發散角,在傳播過程中會往前方呈圓錐形散開,譬如在黑夜中開啟一個手電筒、點燃一根火柴。

準直鏡的作用就是將這束髮散的光變成平行的光,使其沿直線傳播,不產生偏差;同時控制光束的束腰半徑,將其限制在狹小的焊接頭光路中。

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光束擺動

在手持焊接中,光束擺動的目的是為了提高焊縫間隙的適應性。由於聚焦後的光斑是一個很小的光點,在手持的情況下很難保證沿著焊縫軌跡行走,另一方面,也很難覆蓋到間隙較大的焊縫。透過將光束擺成一條如3。0mm寬的直線,便於操作人員將鐳射對準並覆蓋到焊縫。

它的實現方式就是振鏡片在電機的帶動下高速的來回偏轉,從而達到改變鐳射光束路徑的目的。

其基本原理如下圖所示:根據基本的反射定律,反射角等於入射角。當振鏡在1號角度的時候,光線沿著1號路徑反射,並聚焦至1號點;當振鏡在2號角度的時候,光線沿著2號路徑反射,並聚焦至2號點。

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若振鏡來回在1、2兩角度之間偏轉,聚焦光點便會在1、2兩點之間移動,當移動的速度足夠快時,便可視為一條直線,這條直線的長度稱之為“擺動寬度”,偏轉速度的快慢稱為“擺動頻率”。

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我們光惠鐳射的智慧風冷手持焊機,擺動寬度0~5mm可調,擺動頻率0~300Hz可調。

光束聚焦

從振鏡反射過來的是一束平行光,經過聚焦鏡後匯聚成一個很小的光斑,最後入射到工件表面。

聚焦鏡的作用就是將平行的光束集中到一起,形成一個很小的光點,從而產生超強的能量密度。

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保護鏡片的作用

手持焊在焊接的過程中,會產生一定的煙塵,有可能會損害聚焦鏡,那麼就需要保護鏡片來起到隔絕保護的作用。

保護鏡片屬於消耗品,每隔一定的時間就要檢查是否完好,使用週期根據裝置的使用強度和場景來決定。

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光惠鐳射不僅專注鐳射產品技術的研究和創新,同時還提供專業的鐳射焊接裝置,並致力於幫助客戶解決應用上的難題,推動我國工業作業方式的升級,讓鐳射成為一種普惠的通用化工具。