激光焊机教材普及版.docx
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激光焊机教材普及版
激光焊机
（Laserbeamwelder）
一概述
激光焊机设置在酸轧机组入口段，用以将前后两钢卷的尾部及头部焊接起来，实现无头轧制。
激光焊接是将能量密度很高的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属受热熔化然后冷却形成焊接。
激光焊接优点：
1、焊接速度快、变形小；
2、功率密度高，焊缝熔深大，深宽比可达5：
1；
3、控制易于实现自动化；
4、焊缝窄热影响区很小,焊缝组织均匀。
二激光焊机设备组成
激光焊机由以下主要设备和部件组成：
激光发生器，激光传输系统，焊接C型框，焊头，双切剪，下支撑台，入口/出口夹具台及夹具、夹送辊，活套辊、对中装置，月牙剪等组成。
焊机整体包括如下4个部分（图2-1）：
A-带钢出口段
B-带钢入口段
C-焊机本体
D-液压站（未画出）
图.2-1激光焊机结构
2.1焊机主体结构
图.2-2焊机主体结构
1
Weldingcarriage（底座）
8
Laserbeamguide（光束导向）
2
Carriagedrive（驱动装置）
9
Planishingrolls（平整辊）
3
Sheardrive（剪切机构）
10
Heatingdevice（热处理装置）
4
Shearunit（剪切部件）
11
Pinch（冲孔）
5
Weldedgepositioning（焊缝边缘定位）
12
Shearscrapevacuation（碎片外运）
6
Laserfocusinghead（激光聚焦头）
13
Stripedgedetection（带钢边缘检测）
7
Laserweldinghead（激光焊接头）
14
Scrapchute（剪切碎片运输斜道）
表：
焊机主体组成部件
激光焊机，其主要设备（如上表）组成介绍如下：
1.底座.装有用于“C”型架运行的高精度导轨。
2.车式“C”型框，装有球型丝杆及其转动装置。
3.高性能CO2激光发生器安装在“C”型架上，设有保护罩如图.2-3。
图.2-3CO2激光发生器安转位置
4.适应于激光焊接的高精度双切剪。
为便于更换刀片，将刀片组装在1个盒内。
剪体内装有冲孔器如图.2-4。
图.2-4双切剪结构
5、带钢两侧的光电检测器用以控制激光束投入起止点。
6、激光发生器和激光反射镜都设有水冷却系统。
7.传输激光的铝质导管也固定在“C”型架上，管内装有1个带水冷却的激光转向反射镜，管内冲有保护气体。
由于激光发生器和激光焊头都安装在“C”型架上，所以传输光路短如图.2-5。
图.2-5激光束传输过程
9.在焊缝的上下面设有焊缝光整轮，用液压缸操作。
10.高频电感加热器（用于对带钢预热和退火）组成为：
高频转换器；加热器（由电感应线圈、变压器、震荡回路、电容器及水冷却器）等。
11.冲孔装置在焊缝边缘处冲孔，为了在后续工艺中实现对焊缝的跟踪和检测。
12.切头输出装置布置在剪刃盒中，能自动输出切头。
14.用切头溜槽将切头导至切头带式运输机上。
2.2焊机出口/入口段结构图
图.2-6出口段设备图.2-7入口段设备
A1-升降辊A2-夹送辊A3-起活套装置B1-MCD对中装置
A4-MCD对中装置A5月牙剪B2-起活套装置B3-夹送辊
A2-夹送辊的作用：
运输并定位带钢头部进入双切剪中。
夹送辊的下辊采用液压齿轮马达转动。
A3-起活套装置：
安装于焊机机体之前，用于形成活套。
活套臂在液压缸的作用下托起带钢，当活套形成后降下。
A4-MCD对中装置：
在焊机本体的入口和出口设有四点式对中装置。
对中装置的移动对中部件由液压马达通过齿轮齿条进行转动的。
三激光焊机典型工作过程
焊机工作过程可由以下顺序图来表示：
图.3-1双切剪进入工作位置
1.当前卷带钢的带尾即将通过焊机时，移动剪座在液压缸的驱动下进入工作位置，如图.3-1所示。
图.3-2出口、入口带钢形成活套
2.前卷带钢的尾部及后卷带钢的头部双双就位，进/出口段活套辊上升，带钢形成活套，如图.3-2所示。
图.3-3MCD对前、后带钢进行对中调整
3.焊机自带的MCD带钢对中装置对前后带钢进行对中调整，及进、出口压板台将前后卷的带钢压紧，如图.3-3所示。
图.3-4双切剪剪切带钢
4.双切剪上、下剪刃工作对前卷带钢尾部和后卷带钢的头部进行剪切及冲孔，如图.3-4所示。
图.3-5激光焊接头进入带钢焊接工作
5.激光焊接头下降压紧带钢开始焊接工作，如图.3-5所示。
图.3-6月牙剪剪切带钢焊缝处
6.带钢运行至月牙剪对焊缝边缘剪切，如图.3-6所示。
激光焊机工作过程中全自动内容包括：
夹送辊、活套、对中、切头、冲孔切头输出、焊接、光整、月牙剪等设备的操作。
四技术数据要求
4.1机械数据
焊机开口度140mm×1900mm
主夹具夹紧力约400KN
导轮夹紧力约40KN
双切剪剪切力（含冲孔）约800KN
两剪刃间距140mm
冲孔直径φ20mm（位于带钢中间）
冲孔与焊缝间距约100mm
平整轮压紧力约50KN
焊机C型框的行进速度（可以微调）1m/min.to15m/min.
焊接速度（可以微调）2.5m/min.to15m/min.
4.2CO2-RF激光发生器（TLF-12000）
涡轮轴承无油
输出功率12kw
波长10.6
输出功率稳定性±2%
激光传输距离约7.1m
4.3液压站
电机2台（1用1备），三相
压力Max.18Mpa
油箱（不锈钢）1.5m3，1个
循环油泵2台（1用1备），5.5kw
油箱加热器8kw
冷却水温进口Max.350C出口Max.450C
4.4气体站
（1）激光气体站
设有6个气瓶（He、N2、CO2三种气体各2瓶），装有：
切换开关；起泡；信号装置；两级减压阀。
（2）保护气体站
设有2瓶He，装有：
切换开关；气体吹扫；两级减压阀、流量计。
4.5电气及仪表
1套西门子S7-400基础自动化系统,其主要设备组成由:
（1）西门子S7-400中心处理单元
（2）西门子中央处理器
（3）西门子扩充设备
（4）内部通信单元ProfibusDP/FMS和CANBUS
（5）米巴赫主控器PC机,19寸彩色显示器，用于移动定位控制
（6）西门子内部板间接口1M
（7）数字输入/输出模块
（8）模拟量输入/输出模块
（9）带钢数据内部接口以太网且有TCP/IP协议（西门子标准）
（10）遥控I/O（11）程序器
带钢数据全自动输入
所有的带钢数据是由酸洗-轧机作业线主计算机通过内部接口传输给焊机机（且此数据显示在三菱-日立的显示屏上），焊机按此数据自动设定。
带有标准的“19”彩色显示器的MHI计算机用于：
（1）人工干预和引导
（2）焊接参数输入
（3）预设定（4）带钢数据
（5）故障诊断（6）内部连锁
焊接过程及焊缝质量检测系统（QCDS-3）
焊机配备了1台用于检测焊接过程和焊缝质量的计算机系统。
3个高分辨率的专用CCD射像头，能够反映出焊缝区域在焊接前、焊接过程中及焊接后的详细情况，其结果显示在QCDS系统显示器上。
另外还有6个重要的焊接参数被复制和显示，PC机有40GB硬盘可存放最近的1000个焊接数据。
PC机具有CD-RM驱动器。
五故障诊断
（1）信息和报警
受到的和发出的信息和报警信号都显示在监视屏上，并注有日期和时间。
信息是着色的，确认后变色示出。
约可储存1000条信息。
（2）焊机功能监视
焊机的功能（如：
移动及调节）实时监视的，并记录实时的错误状态。
例如：
限位开关未受到指令、限位开关未启动。
（3）故障状态
在人工操作时，如果启动一个设备而无效果，此故障状态被显示出来。
（4）在MHI辅助画面上，有焊机进入自动程序控制切入方式说明档。
当切换成功，自动按钮闪光；当未切换成功，自动按钮将显示故障状态。
六激光焊机检修和维护的主要内容如下
1）激光发生器对工作环境的要求比较高，因此首先要对外部温度、湿度以及空气污染进行认真记录和检查；其次对激光气体的纯度和混合比例要严加控制，检查气体消耗量。
2）激光传输系统要保证各部件安装牢固，无松动；各种保护气体的接头不得有泄漏，喷嘴不能堵塞。
焦点调节装置的传动部分要保证良好润滑，定期检查传动部件的磨损情况。
3）双切剪的维护首先要保证各部件的良好润滑，并对各导向衬板进行定期检查，磨损超差的要及时更换；定期检查各油缸的外泄漏和各项性能指标，定期更换剪刀。
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