Résumé détaillé des têtes de soudage laser volantes

Résumé détailléTêtes de soudage laser volantes

Il couvre les noms des composants, leurs définitions, leurs principes, leurs paramètres de conception et les calculs de formules, et s'applique àsoudage par balayage à haute vitesse(comme les systèmes galvanométriques) ou les applications de soudage à distance.

1. Composition et définition des têtes de soudage laser à soudage volant

Le soudage par balayage laser (Swissing Laser Welding) permet une focalisation dynamique grâce à un galvanomètre à réflexion haute vitesse qui réfléchit les faisceaux laser, et convient aux grandes surfaces etsoudage à grande vitesseSes principaux composants sont les suivants :

1. Module de collimation du faisceau

Collimateur

Fonction : Convertir le laser divergent (NA=0,1~0,22) émis par la fibre optique en un faisceau parallèle.

Paramètres clés : Longueur focale fcoll, diamètre du faisceau collimaté Dcoll.

Formule:

1.2 Système de balayage galvanométrique

Miroirs galvanométriques des axes X et Y

Fonction : Modifier la direction du faisceau lumineux grâce à des miroirs rotatifs à grande vitesse pour réaliser un balayage plan bidimensionnel.

Paramètres clés : vitesse de balayage (généralement ≥10 m/s), précision de positionnement de répétition (<±5 μrad), taille du miroir (doit couvrir le diamètre du faisceau Dcoll).

Moteur galvanométrique : servomoteur ou moteur galvanométrique avec un temps de réponse <1 ms.

1.3 Module de mise au point dynamique (lentille F-Theta ou galvanomètre + lentille à champ plat)

Lentille F-Theta

Fonction : Convertir l'angle de déviation du galvanomètre en un déplacement linéaire sur le plan afin de maintenir la constance de la mise au point.

Formules clés :

2. Principe de fonctionnement

Trajet du faisceau : Laser → Collimateur → Galvanomètre X → Galvanomètre Y → Lentille F-Theta → Surface de la pièce.

Mise au point dynamique :

Lorsque l'angle de déviation du galvanomètre est θ, la position focale (x, y) est convertie par la lentille F-Theta comme suit :

3. Paramètres et formules clés de conception

3.1 Calcul de la taille du spot

Diamètre du point focalisé d (limite de diffraction) :

3.2 Plage de balayage et angle du galvanomètre

Portée de balayage maximale L :

3.3 Vitesse et accélération de soudage

vitesse linéaire v

3.4 Profondeur de champ (PdC)

3.5 Densité de puissance et apport énergétique

Densité de puissance I :

Densité d'énergie E (soudage par impulsion) :

4. Aberrations et conception d'optimisation

4.1 Correction des aberrations de l'objectif F-Theta

Distorsion : Elle doit satisfaire r∝θ et la distorsion non linéaire doit être <0,1%.

Courbure de champ : Concevoir un champ plat grâce à des groupes de plusieurs lentilles.

4.2 Erreur de synchronisation du galvanomètre

Le délai du galvanomètre X/Y doit être inférieur à 1 μs pour éviter les taches elliptiques.

5. Exemple de processus de conception

Exigences d'entrée : Plage de balayage L, taille du spot d, vitesse de soudage v. Sélectionner la lentille F-Theta : Déterminer fθ selon L=2fθtan(θmax).

Calculer les paramètres du galvanomètre : vitesse angulaire ω=v/fθ, et vérifier les performances du galvanomètre.

Vérifier la qualité du point : Optimiser les aberrations du groupe de lentilles via Zemax/OpticStudio.

6. Précautions

Gestion thermique : les galvanomètres et les lentilles nécessitent un refroidissement par eau sous haute puissance (telle que >1 kW).

Protection anti-collision : les galvanomètres nécessitent un freinage d’urgence pour éviter une collision mécanique.

Étalonnage : étalonner régulièrement la coaxialité du chemin optique (écart < 0,05 mm).