Miebach激光焊机及维护

湄洲湾职业技术学院

Miebach激光焊机及维护

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导师姓名： 职 称：

2010年 月 日

目 录

I

1．前言............................................................. 1 2．Miebach 激光焊机基本结构......................................... 2 3．Miebach激光焊机工作原理及控制系统的简介 ......................... 3

3.1激光焊基本原理：............................................. 3 3.2激光焊机电气控制系统及框图：................................. 3 3.3焊机激光控制系统框图：....................................... 4 3.4激光的形成原理：............................................. 4 4．激光焊机的优缺点................................................. 5

4.1激光焊接的主要优点：......................................... 5 4.2激光焊接的主要缺点：......................................... 5 5．Miebach激光焊机在冷轧厂酸洗线的应用 ............................. 7

5.1激光焊机工作主要步骤：....................................... 7 5.2激光焊机性能：............................................... 8 6．激光焊机焊接工艺参数及维护要点................................... 9

6.1激光焊机焊接工艺参数：....................................... 9 6.2激光焊机维护要点：.......................................... 10 6.3激光焊机日常操作人员检查要点：.............................. 12 6.4故障案例分析排查：.......................................... 12 参考文献........................................................... 14 致谢词............................................................. 15

II

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1．前言

世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，50多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。使用CO2为激发物的CO2激光（波长10.6uM），输出能量可达25KW，可做出2mm板厚单道全渗透焊接，工业界已广泛用于金属的加工上。其中Miebach激光焊机就是使用CO2为激发物运用到工业生产中的一种激光设备。

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2．Miebach 激光焊机基本结构

1.焊接车架2.焊接车架传动3.剪刃传动4.剪刃5.焊接定位装置6.激光支撑辊的压辊7.激光焊机头8.激光束导向系统9.焊接定位辊10.碾压辊11.加热装置12.冲孔仪13.剪刃废料输出14.夹紧装置15.焊接边部定位辊16.夹紧平台17.活套18.对中19.挖边剪20.夹送辊21.提升辊

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3．Miebach激光焊机工作原理及控制系统的简介

3.1激光焊基本原理：

激光焊是以聚集的激光束作为能源，利用照射带钢所产生的热量进行焊接的一种熔化焊方法。激光束由激光器产生，通过聚集系统聚集成为能量密度极高的焦点，其能量进一步集中，当调焦到带钢接缝处时，光能转换为热能，从而使金属熔化而形成焊缝。按激光工作物质状态，激光器可分为固体激光器和气体激光器，气体激光器主要是CO2激光器。鞍钢冷轧厂使用的是CO2激光器。

CO2激光器工作气体的主要成份是CO2、N2和He，CO2分子是产生激光的粒子，N2分子的作用是与CO2分子共振交换能量，使CO2分子激励，增加激光较高能级上的CO2分子数。同时，它还有抽空激光较低能级的作用。He分子的主要作用是抽空激光较低能级的粒子，He分子与CO2分子相碰撞，使CO2分子从激光较低能级尽快回到基级，He的导热性很好，故又能把激光器工作时气体中的热量传给交换器，使激光器的输出功率和效率大大提高。

3.2激光焊机电气控制系统及框图：

1. PLCS7-400控制系统2. B&R-位置控制系统3. BIG100/100P-预热控制系统4. QCDS-焊缝监视系统5. TASC3-激光控制系统。

QCDS BIG100/100P S7- 400 TASC3 . B&R 共振器 RF-发生器 供气系统 冷却系统 TASC300

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3.3焊机激光控制系统框图：

TASC3 发生器1 发生器2 功率控制系统 13.56MHZ 栅极电压部分 驱动部分 驱动放大器 PBr反射功率 UG1 UG2 高压功率供给 10KV UA IA 栅极电压 IG1 IG2 末级部分 功率输出放大器 Pi Pr PBi直射功率 峰值 冷却系统 反射功率检测 谐振器系统

3.4激光的形成原理：

射频发生器给谐振腔内电极提供电源，两电极内形成射频电场 ，CO2分子吸收能量并跃迁到高能级。其中一部分分子跃迁回低能级并发射出一个光子 ，这些光子又去激发另外的处于高能级状态的CO2分子使其发射光子。光子在后反镜和出射镜之间来回反射，去激发产生更多的光子，从而增强了腔内电磁辐射能量，产生了激光。出射镜为半透镜，腔内的电磁辐射（激光）从出射镜射出，用于材料加工。

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4．激光焊机的优缺点

4.1激光焊接的主要优点：

（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。 （2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。

（3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。

（4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。

（5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。 （6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件。 （7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。 （8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。 （9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。

（10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属。 （12）不需真空，亦不需做X射线防护。

（13）若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1 。 （14）可以切换装置将激光束传送至多个工作站。

4.2激光焊接的主要缺点：

（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。

（2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。

（3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，因此在生产线上不适合使用激光焊接。

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（4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。

（5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。

（6）能量转换效率太低，通常低于10%。 （7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。 （8）设备昂贵。

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5．Miebach激光焊机在冷轧厂酸洗线的应用

5.1激光焊机工作主要步骤：

焊机主要对前一卷带尾和后一卷带头进行焊接,保证酸洗段和轧机段进行连续酸洗和轧制。工作过程亦分三步骤：焊机出口带尾定位、焊机入口带头定位、带钢焊接。

带尾定位：出口自动（带尾定位）激活，带尾接近焊机（L→W，线上给焊机信号），焊车到OS侧或在原始位（DS侧），带尾速度小于等于30m/min（L→W），1#光栅检测到带尾（光栅检测），出口夹送辊下降到位旋转，出口活套辊上升，出口提升辊下降到低位或中间位，2#光栅检测到带尾，带尾定位（即码盘开始计算数值），出口1#，2#提升辊下降到低位，带尾停止。焊接参数激活，是否选择二次剪边，出口夹紧台在两次剪边位（如果没有选择二次剪边，出口夹紧台在剪边位），出口夹紧台夹紧带钢（低位），出口对中选择（在HMI）上选，出口交叉辊夹紧，出口对中到中间位（驱动激活3#，4#对中），出口活套辊下降及出口夹送辊上升，出口对中完成并返回原始位，出口夹紧台夹紧，出口交叉辊释放（在原始位），出口活套辊下降到位及夹送辊上升到位，出口对中到原始位，焊机到OS侧。

带头定位：入口自动开始，入口夹送辊下降，入口活套辊升起。（接近开关检测），机组线上带头到焊机激活（光栅检测），带头接近焊机信号收到，入口夹送辊下降到位，2#对中到中心位（闭合位），1#光栅检测到带头，入口提升辊到中间位，1#、2#光栅检测到带头，入口夹送辊旋转、码盘开始记数（前进到剪切位），入口活套辊上升到位，2#对中到原始位（开始位），带头定位完成，入口提升辊下降到原始位（最底位），带头停，焊接参数激活，夹紧台到二次剪边位，夹紧台夹紧，入口交叉辊夹紧，入口活套辊下降，夹送辊上升，焊车到操作侧，入口对中驱动开始，入口夹紧台夹紧，入口交叉辊上升，入口对中驱动到原始位。

带钢焊接：激光参数OK，焊车在OS侧，下剪刃上升/选择冲孔器激活，废料运输激活，上剪刃下降/冲孔器下降，下剪刃下降到位（home），出入口夹紧台在释放位（home），上剪刃上升，剪刃在原始位，对中在原始位，出入口夹紧台到焊接位（S→B，S7到BR码盘），出入口夹紧台在焊接位（B→S，BR到S7码盘），激光头下降，导向辊下降，预热选择，激光参数OK，预热接通，预热完成，挖边选择并自动激活，带钢边缘检测激活，碾压轮下降，保护气、冷却水接通，激光接通，位置到达，光闸打开，预热功率接通，带钢边缘位置接通（光电开关检测），碾压轮调整接通，带钢边缘位置断开，预热功率关闭，激光关闭，激光头上升，光闸关闭，保护气体关闭，碾压轮上升，焊机在DS侧，剪边皮带移动，

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废料移出，入口和出口，焊车在原始位。

5.2激光焊机性能：

带钢水平自由通过量，mm 带钢垂直自由通过量，mm 主加紧力（每侧），KN 导向头夹紧力，KN 双切剪及冲孔剪切力，KN 剪刃间距离，mm 冲孔装置直径，mm 至带钢中心距离，mm 焊缝碾压力，KN 焊接小车速度（无级调速），m/min

1900 140 约400 约40 约800 160 20 约100 50 Min，1；Max，15 8

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参考文献

【1】龚勇清，何兴道．激光原理与全息技术．北京：国防工业出版社，2010.08 【2】李适民等．激光器件原理与设计．北京：国防工业出版社，1998 【3】周炳琨等．激光原理．北京：国防工业出版社，2009.01

【4】阎吉祥，催小虹，王茜蒨．激光原理技术及应用．北京理工大学出版社，2006.08

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致谢词

此次能够顺利的完成毕业设计，除了我自身的努力以外，更少不了老师和同学的帮助与指导。当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉。不过这只是我生命中的一个路口，并不是终点，我始终相信青春不会散场，坚信有一天会重返校园，以学生或老师的身份去延续这种快乐和幸福。

感谢我的母校湄洲湾职业技术学院尤其是电子工程系所有的老师们,在这片净土读书两载多，无形中塑造了我生命的气质、生活的方式，也练就了我乐观的心态和一颗感恩的心。尊敬的导师邱兴阳先生无论是为人还是为学都是我生活上和学术上的引路人，感激之情无以言表，只能在日后的工作和学习中踏实做人、勤奋做事，做出一番成绩来回报他对我的恩惠。宿舍同学的互帮互助和深厚友谊更是赐予了我学习生活不可磨灭的记忆，实习前夕的寝室夜谈更是成为了我们在宿舍生活的美好回忆。在这两年多的时间里，我收获快乐并且成长。在学校参加的很多学生会的活动，参与电子设计的赛事并取得不错的成绩。当然，还有在鞍钢企业的实习，更是让我感受在高压的工作下团队合作的力量，以及工作被认可和受到赞赏的成就感。

这个论文选题对于我的意义在于它引导我实习岗位上进行摸索和研究，透过现象去挖掘和探讨现象背后的原因。我的大胆尝试和决定还在于邱兴阳老师对我在学术上的鼓励与宽容，再次对他深表感谢。

在毕业前最后的时光，仍旧要感谢我生命中出现的那些十分重要的师姐师兄、师弟师妹们，以及我结识的朋友们。他们不仅在学术上给予我指点，同时也是我生活中一起同行的人，在交往的过程中我们建立信任、彼此鼓励、互相支持与帮助。

当然，在我求学期间，还要感谢我深爱的父母亲一直以来对我无怨无悔的付出、支持、关爱、尊重和信任，在我学习、生活、感情、工作上遇到困难时，是您们帮我抵御风霜，谢谢您们。我是幸运而幸福的，我知足并且义无反顾的在大家的关爱下坚持自己的信念和理想一路前行。

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