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基于ABB机器人--Rofin 1KW光纤激光焊接系统的1.5mm镀锌钢板焊接工艺研究

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摘要

随着机械部件的工作环境越来越恶劣,人们对部件的防腐蚀性提出了很高的要求。由于镀铝锌板具有独有的双重保护机制,所以镀锌板具有高腐蚀性能力且经济实惠,因此广泛应用于门窗、白色家电、汽车等领域。但镀铝锌板表层锌的金属特性,所以在传统的焊接过程中会出现很多问题,如电阻率低造成过热和飞溅、锌蒸汽干扰电弧等。基于大功率激光小孔效应基础上的深熔焊接,其焊缝深宽比大、被接焊材料不易氧化、焊缝窄、热影响区小、焊接效率高,适用于焊接变形小的精确焊接,所以激光焊接是解决镀锌板焊接问题的一个有效新方法。
　　 本论文以上海团结普瑞玛激光设备有限公司的ABB机器人-Rofin1KW光纤激光焊接系统焊接1.5mm镀锌钢板的项目为课题,做了以下研究工作:
　　 (1)阐述了光纤激光焊接的原理,从热力学的角度分析了激光焊接时激光与焊接材料相互作用的一般规律;阐述了激光的光束模式、BPP、波长等光学参数对焊接质量的影响。
　　 (2)分析了光纤激光深熔焊的原理,阐述了光纤激光稳定深熔焊接的条件。最后建立了光纤激光达到稳定深熔焊接的下临界点理论数学模型。
　　 (3)建立了机器人光纤激光焊接系统,将Rofin1KW光纤激光器、PRECITEC焊接头、ABB机器人2400-20、SIMENS-1200PIC控制总站、水冷系统、空气冷却系统、8工位机床,工装夹具等组成一个机器人光纤焊接集成系统。
　　 (4)完成了包括8工位机床自动跑位的PLC逻辑控制程序设计,机器人Device总线外挂I/O模块的数字量、模拟量的定义设计,SIEMENSS7-1200PLC的I/O模块的数字量、模拟量的定义设计,光纤激光器的电器接口控制设计,焊接系统的电器设计,水路冷却系统设计,气路设计,人机界面设计。
　　 (5)建立实验方案,采取更加科学的正交实验法,以优化实验方案以及实验结果的分析
　　 (6)在实验方案理论指导下,利用机器人光纤激光焊接系统的平台对1.5mm的镀锌钢板进行焊接正交试验。
　　 (7)对每个焊接试件进行抗拉强度测试,通过测试结果推导出焊接速度、功率、离焦量、保护气体流量、侧吹角度等工艺参数对焊缝质量影响的机理。并利用此机理优化出最佳焊接工艺参数。
　　 (8)利用最佳焊接工艺参数进行焊接试验,并对焊接试件进行抗拉强度测试,通过测试结果证明了本论文对焊接工艺的机理分析是正确的。
　　 (9)将最佳焊接工艺参数开放式地写入机器人光纤激光焊接系统的工艺数据库中,以方便焊接系统在焊接作业时能够自动调用正确的工艺参数。

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