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激光焊字机发展史2015-01-06

1原型

焊字机原型: 在2011年9月28日[1] 由杨军亮(中山博汇广告工艺有限公司)发明了一种可进行不同形状焊接的激光焊接工作台、激光焊字机及激光焊字机工艺及2012年11月22号又发明了一种用于激光焊字机的工作台后,整合激光电源及激光光路的利用而诞生的激光焊字机。市场上销售的激光焊字机,广告焊字机、精品字焊字机,金属字焊机为延伸产品,经过对各类广告字的制作工艺,从台面,机械结构乃至光路的调整而诞生,具有焊字效率快,铁皮字牢固,镜面钢材不凸影等特点.

2设备简介

激光焊字机是应用高能脉冲激光对物件进行焊接。通过电源对氙灯脉冲放电,形成一定频率和脉宽的光波经聚光腔辐射到Nd3+:YAG晶体,晶体发光经谐振后发出1064nm的脉冲激光,再经扩束、反射、聚焦后进行焊接。

3设备特点

此沉积焊接系统的工作原理,是以激光高热能并集中定点的熔接技术,有效处理一切微小部分的焊接,弥补了传统氩弧焊技术在修补焊接精细表面时的不足。避免了热应变和后处理这两道门槛,大大提高了金属字或招牌的连接强度和品质。

4适用范围

用于各种精品字、精工字、镜面字、沙钢字、钛金字、镀锌板字、铝型材立体字、不锈钢镜面字、不锈钢拉丝字、不锈钢球面字、不锈钢平面字、不锈钢烤漆字、不锈钢喷塑字、不锈钢实心字、不锈钢电镀字、不锈钢金箔字、精工金属字、钛金平面字、钛金球面字、精工钛金字、钛金板字、铁皮烤漆字(不锈钢带、铁带、低碳钢带、镀锌板带)等广告字及各种金属标识LED金属字外壳的焊接成形;

金属字分类

标识标牌制作的金属字按材料和工艺分类,包括铝字、铝型材字、镀锌板字、不锈钢镜面字、不锈钢拉丝字、不锈钢球面字、不锈钢平面字、不锈钢烤漆字、不锈钢喷塑字、不锈钢实心字、不锈钢电镀字、不锈钢球面字、不锈钢金箔字、精工金属字、钛金平面字、钛金球面字、精工钛金字、平面铜字、球面铜字、紫铜字、紫铜仿古字、精工铝字、沙钢字、铁皮烤漆字等。

特点说明

红光快速找焊接点,CCD直观观察,可选显微镜.可变工作平台,无论大小字均可承载放置。加工速度快,专用的固定焦点位置的夹具,不需CCD和显微镜就可快速对准焦点焊接。热变形及热影响区小。可对金属字进行局部热处理;可对复杂形状的零件、微小字进行加工.加工无噪声,对环境无污染;超细定位杆,在字体拐角处也无需调整光点位置。由于加工方法先进,大大改进了现有金属字的品质。广告字焊接说明:
随着国内广告业的快速发展,金属广告字以其色彩艳丽、效果醒目、耐高温、耐气候变化且不易变形、不易褪色(一般能保色8-10年) 、良好的耐腐蚀性 、防雨、防火、防自燃等特点,已经越来越多的广泛应用,金属字是不锈钢、铝、铜等各种金属为材料,通过切割、打磨、包边、抛光、焊接等工艺制作而成的广告字,而金属字最大的特点是不会生锈,使用寿命长,具有有较强的立体感,高档,有金属质感,厚度随意,庄重感强等特点,大量的应用于LED发光字,户外高档形像标牌,商场店标,门牌,室内标牌等。.
以往金属字在折弯后的接缝主要是以胶水、铆钉、锡焊的形式进行结合,这几种方式都存在的很大的缺陷,胶水粘贴当时虽然贴的很牢,但用久后会因为各种因素产生脱胶的现象,尤其在户外,风吹雨淋都会对胶水的粘合度产生较大的影响,铆钉虽然结合的更牢固,但直接影响金属字的美观程度,减低金属字的价值。锡焊因为是使用电烙铁高温熔化焊锡,会产生大量的有毒气体,对环境和人体造成伤害。
而原理是直接融化接合处的金属使其成为一体,而且焊点小,环保,在接合的牢固程度与金属字的美观性达到完美的结合,相对锡焊需要用强酸处理金属表面,也更符合环保的理念。

5焊接质量参数

影响激光焊接机焊接质量的参数包括:激光脉冲的能量、激光束光斑直径、激光脉冲的频率、激光的脉宽、激光的脉冲波形、被焊材料的相对光吸收率、焊接速度、保护气体等。

光斑聚焦直径

这是反映激光器设计性能的一个极为重要的参数,单位是(mm),它决定了激光的功率密度和加工范围。如果激光器的光学设计合理先进,激光能量集中,聚焦准确,能把激光光斑直径控制在0.2mm-2mm 的范围,而能否把激光的聚焦直径控制在0.2mm是对激光发生器的一个严格的考验。国内一般设计的激光器,由于只想降低成本,因此,激光的器件加工简陋,设计并不严谨,激光在谐振腔里发散严重,导致难以准确聚焦,其激光器输出的激光光斑直径根本达不到标称的0.2mm,而只能最小达到0.5mm,而由于激光的发散,令输出的激光束不能呈规则的圆形,这就造成了激光实际照射区域过大,出现烧蚀焊缝的现象,即在焊缝的两端出现不必要的激光照射而令焊缝两端呈现凹陷,这种现象对于已经抛光的字影响尤为严重,有时甚至会使金属字产品的报废。机器设计必须精良,选料严格,精心调试,使其激光器输出的光束光斑直径能进行精密的监控,使聚焦光斑的大小最小能达到0.2mm,并能在0.2mm 和2mm 的范围里进行无级调节,现在国内能达到国际的先进水平的厂家不多。

激光脉冲的频率

这是反映激光器在一秒内能打出多少个脉冲的能力,单位是(Hz)。首先需要说明的是,焊接金属是使用激光的的能量,而在激光功率恒定的情况下,频率越高,每个激光输出的能量就越小,因此,我们需要在保证激光的能量足够熔化金属的情况下,考虑加工的速度,才能定出激光的输出频率。在广告字激光焊字的场合,15Hz 已经能满足焊接的需要了,过高的频率势必造成激光的脉冲能量过低,从而造成焊接失败。

激光脉冲的能量

是指单个激光脉冲能最大输出的能量,单位是J(焦耳)。这是激光器的一个主要参数,它决定了激光器所能产生的最大能量,按照广告字激光焊接的用途来说,激光能量在70J 以下已经能满足任何场合的需要了,再大的能量也是白费,或根本用不上,而且带来激光电源体积和散热器体积的不断增大,降低了电源的使用效率。

激光的脉冲波形

对于采用脉冲激光进行焊接的加工,激光脉冲波形在脉冲激光焊接中是一个重要的问题。当高强度的激光入射至材料的表面时,金属表面会将60%~98%的激光能量反射掉,且反射率随表面温度变化。因此,不同的金属对于激光的反射率和激光的利用率都不一样,要进行有效的焊接就必须输入不同波形的激光,这样焊缝处的金属组织才能在最佳的方式结晶,形成与基体金属一致的组织,才能形成高质量的焊缝。国内一般的机器都采用廉价的单波形激光电源,因此,其焊接的柔性较低,难以适应多种金属字的焊接,并且由于设备细节做不好经常要进行返工,大大浪费了焊接材料的时间,并可能造成产品的报废。不同的金属材料表面对激光的反射和吸收程度差别很大,而同一束激光对不同的金属会产生不同的焊接效果,并影响其熔深、焊接速度、结晶速度和硬度,因此单一的矩形波焊接并不能解决不同的广告字金属焊接的要求。焊接广告金属字必须具有良好激光焊接控制系统,高度柔性化,能根据不同的应用场合而调整波形,使焊缝的金属组织与基体金属一致,大部分广告金属字焊缝硬度达到HRC50-HRC58,才能真正达到无损焊接,才能提高了产品的质量。

6设备参数

最大激光功率(W)
200W
激光波长(um)
1.064
单脉冲最大能量
110J
激光焊接频率(HZ)
0.5-40
激光焊接深度(mm)
0.1-3.5
脉冲宽度(ms)
0.5-20
光斑尺寸(mm)
0.2-2
整机功率
<4KW
聚焦镜
100-200M
扩束镜
2-4倍
激光棒
φ7X145优质棒
激光腔体
进口陶瓷金属腔
激光电源
4KW单灯电源,频率1-50Hz
定位
红光可加视频监控
电源要求
单相220 15% VAC ..50Hz 40A 以上

焊接工艺

各种焊接工艺对比
对比项目
激光焊接
焊锡焊接
钨极惰性气电弧焊
熔化极气体保护焊
电阻焊
焊接效率
+
-
-
-
+
大深度比
+
-
-
-
-
小热影响区
+
+
-
-
0
高焊接速率
+
-
-
+
-
焊缝断面形貌
+
-
0
0
0
大气压下施焊
+
-
+
+
+
使用填充材料
0
-
+
+
-
自动加工
+
-
+
0
+
操作成本
0
-
+
+
+
可靠性
+
-
+
+
+
组装
+
-
-
-
-
注:“+”表示优势;“-”表示劣势;“0”表示适中。

7优点

由于激光焊字机具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性,因此就给激光焊字机加工带来如下一些其它方法所不具备的可贵特点:
● 由于它是无接触加工,对字体无直接冲击,因此无机械变形、焊接围边高度0.5-20cm可以轻松实现;
● 激光焊字机加工过程中无"刀具"磨损,无"切削力"作用于字形工件对字体笔画小于3毫米,传统焊字不能焊接的笔画也可轻松实现;
● 激光焊字机加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响极小。因此,其热影响的区字体热变形小后续加工最少;
● 由于激光焊字机激光束易于导向、聚焦、实现方向变换,极易与中心控系统配合、对复杂字体进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法;
● 生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益好,耗材几乎是零,是激光焊字机加工的优势。
激光焊字机具有的宝贵特性决定了广告行业对字类在加工领域存在的优势:
●由于激光焊字机它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。
●它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
●激光焊字机加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。
●激光焊字机加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非焊接部位没有影响或影响极小。因此,其热影响区小,字体热变形小,后续加工量小。
●由于激光焊字机束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与中心控制系统配合,对复杂字体进行加工,因此是一种极为灵活的焊字方法。
●使用激光焊字机加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。

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