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激光找焦点总结
激光在每次接触新设备 , 或者进行新的实验时 , 第一步一定是调焦 , 只有自己找到焦平面 , 才能正确的确定其他工艺参数如离焦量、功率、速度等 , 做到心中有数 。 在现场调试 , 第一件事也是定焦 , 如果焦点不对 , 直接导致后续缺陷 , 改进方向无从谈起 , 甚至走向错误方向 , 所以找到焦平面是工艺调试、打样、实验第一要务 。
定焦原理如下:
首先激光束能量并非均匀分布 , 由于聚焦镜左右 , 呈现一个沙漏状 , 在束腰位置 , 能量最集中 , 最强 , 也就是焦点所在平面位置 。 如图1、2所示 , 不同能量的激光束的焦深特征不同 , 同时振镜和单模、多模激光器也有所不同 , 主要体现在能力空间分布上 , 有些比较紧凑 , 有些比较细长(瑞利长度不同) , 但能量都围绕焦点位置对称分布 。
【激光焊接工艺基础——焦平面】
所以找焦点的依据就在于去感知能量变化 , 一般用小功率 , 200-500W左右 , 通过一定方式 , 在激光方向找到两个焊接现象(声光电)对称分布的位置坐标 , 求个中值 , 即为焦平面位置 , 如图所示:材料表面对激光单位能量密度极为敏感 , 一旦低于某个阈值就不会有反应 。 这就简单了 , 我们只要在激光方向找到如图1、2两个位置 , 在距离焦点两个方向同样位置应该有同样的声音、火花、飞溅现象 , 以此来确定焦点就在这两个位置中间 。
波形设置:
1、焊接模式选择QCW模式 。
2、最大功率设置为0.3左右 , 功率不要设置过大 。
3、 波形脉宽设置为第一段0.1毫秒 , 功率100% , 第二段2.5毫秒 , 功率100% 。 脉宽不能设置过长 。
4、频率设置为1~1.5 , 频率不要设置过高 。
5、开始调焦
针对不同的激光束有不同的定焦方法 , 总的来说分为三步 。
第一种:打斜线法:
1、先通过引导光斑确定焦平面大概范围 , 找引导光斑最亮最小点确定为初步实验焦点;
2、平台搭建 , 如图4所示
2、打斜线注意事项
(1) 一般用钢板 , 半导体500W以内 , 光纤300W左右即可;速度上可以设置80-200mm
(2) 钢板斜面角度越大越好 , 尽量在45-60度左右 , 中点定在引导光斑最小最亮的粗定位焦点位置;
(3) 然后开始打线 , 打线要达到什么效果?理论上这个线会在焦点左右对称分布 , 轨迹有个从大到小再变大、或者从小变大再变小的变化过程;
(4) 半导体找最细点 , 钢板在焦点位置还会发白有明显的颜色特征 , 也可以作为定位焦点依据;
(5) 其次光纤尽量控制背面微透 , 在焦点位置微透 , 说明焦点在背面微透长度的中点 , 此时焦点粗定位完毕 , 使用线激光辅助定位进行下一步 。
3、下一步放平工件 , 把线激光调到和焦点引导光斑重合 , 即为定位焦点 , 然后进行最后一步焦平面验证:即打点法 , 也是第二种方法
(1) 通过打脉冲点的方式进行验证 , 原理:是在焦点位置飞溅火花 , 声音特征明显 , 在焦点上下限有一个分界点 , 声音和飞溅、火花明显不一样的点 , 记录焦点上下限 , 中点即为焦点 ,
(2) 再调节线激光重合 , 焦点既定位完毕 , 误差在0.5mm以内 。 务必重复实验定位 , 提高精度 , 避免单次导致的系统误差 。
打点法也分多种 , 每个厂商会有不同的使用习惯:适用于焦深较大的 , 光斑大小在Z轴方向变化较大的光纤激光 , 通过打一排点 , 看钢板表面的点的变化趋势 , 每次调节Z轴变化0.5mm打在钢板上的印记由大到小 , 再由小变大的过程 , 最小的点即为焦点 。
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