Resumo detalhado deCabeças de soldagem a laser voadoras
Abrange nomes de componentes, definições, princípios, parâmetros de projeto e cálculos de fórmulas, e é aplicável asoldagem por varredura de alta velocidade(como sistemas galvanométricos) ou aplicações de soldagem remota.
1. Composição e definição de cabeçotes de soldagem a laser para soldagem em voo
A soldagem por varredura (soldagem a laser em movimento) realiza o foco dinâmico por meio de feixes de laser refletidos por galvanômetro de alta velocidade, sendo adequada para grandes áreas esoldagem de alta velocidadeSeus componentes principais são os seguintes:
1. Módulo de colimação do feixe
Colimador
Função: Converter o feixe divergente do laser (NA=0,1~0,22) emitido pela fibra óptica em um feixe paralelo.
Parâmetros principais: Distância focal fcoll, diâmetro do feixe colimado Dcoll.
Fórmula:
1.2 Sistema de Varredura por Galvanômetro
Espelhos galvanométricos nos eixos X/Y
Função: Alterar a direção do feixe de luz através de espelhos rotativos de alta velocidade para realizar a varredura plana bidimensional.
Parâmetros principais: Velocidade de varredura (geralmente ≥10m/s), precisão de posicionamento repetitivo (<±5μrad), tamanho do espelho (precisa cobrir o diâmetro do feixe Dcoll).
Motor galvanométrico: Servomotor ou motor galvanométrico com tempo de resposta inferior a 1 ms.
1.3 Módulo de Foco Dinâmico (Lente F-Theta ou Galvanômetro + Lente de Campo Plano)
Lente F-Theta
Função: Converter o ângulo de deflexão do galvanômetro em um deslocamento linear no plano para manter a consistência do foco.
Fórmulas principais:
2. Princípio de funcionamento
Trajeto do feixe: Laser → Colimador → Galvanômetro X → Galvanômetro Y → Lente F-Theta → Superfície da peça de trabalho.
Foco dinâmico:
Quando o ângulo de deflexão do galvanômetro é θ, a posição do foco (x, y) é convertida pela lente F-Theta da seguinte forma:
3. Parâmetros e fórmulas de projeto principais
3.1 Cálculo do tamanho do spot
Diâmetro do ponto focalizado d (limite de difração):
3.2 Alcance de varredura e ângulo do galvanômetro
Alcance máximo de digitalização L:
3.3 Velocidade e aceleração de soldagem
Velocidade linear v
3.4 Profundidade de foco (DOF)
3.5 Densidade de Potência e Entrada de Energia
Densidade de potência I:
Densidade de energia E (soldagem por pulso):
4. Aberrações e Projeto de Otimização
4.1 Correção de aberração da lente F-Theta
Distorção: Deve satisfazer r∝θ, e a distorção não linear deve ser <0,1%.
Curvatura de campo: Projete um campo plano através de grupos de múltiplas lentes.
4.2 Erro de Sincronização do Galvanômetro
O atraso do galvanômetro X/Y deve ser <1μs para evitar manchas elípticas.
5. Exemplo de Processo de Design
Requisitos de entrada: Alcance de varredura L, tamanho do ponto d, velocidade de soldagem v. Selecione a lente F-Theta: Determine fθ de acordo com L=2fθtan(θmax).
Calcule os parâmetros do galvanômetro: Velocidade angular ω=v/fθ e verifique o desempenho do galvanômetro.
Verificar a qualidade da imagem: Otimizar as aberrações do grupo de lentes através do Zemax/OpticStudio.
6. Precauções
Gerenciamento térmico: Galvanômetros e lentes precisam de refrigeração a água sob alta potência (como >1kW).
Proteção anticolisão: Os galvanômetros precisam de frenagem de emergência para evitar colisões mecânicas.
Calibração: Calibre regularmente a coaxialidade do percurso óptico (desvio <0,05 mm).
Data da publicação: 04/08/2025
