Фокусирующая система может быть линзовой или зеркальной. Последнюю целесообразно применять при мощности излучения выше 2…3 кВт. Линзовые системы имеют сферическую аберрацию значительно большую, чем зеркальные, но первые компактнее, хотя и менее надежны. Для повышения надежности фокусирующие системы снабжают устройствами защиты оптических деталей от пыли, дыма, паров и брызг обрабатываемого материала (газовые завесы и др.). Они также должны иметь устройства стабилизации положения фокуса относительно обрабатываемой поверхности, которые исполнены с опорой на поверхность изделия или без опоры с емкостным датчиком.
С фокусирующими системами сочленяются в сварочных установках системы газового подавления плазмы и газовой защиты шва; резательных — устройства подачи вспомогательного газа; наплавки — дозаторы порошка,
обеспечивающие расход 1,5…300 мм3/с
Для увеличения ширины зоны обработки при наплавке применяют устройства для сканирования лазерного пучка по круговой либо пилообразной траектории с частотой 10..300 Гц, которое осуществляется, как правило, колебанием одного из зеркал в системе транспортировки или фокусировки пучка (обычно последнего). Синхронно с перемещением пучка движется и сопло, подающее в зону наплавки присадочный материал.
Различают оборудование для лазерной сварки и резки листовых и объемных заготовок. Типичные конструктивные схемы оборудования для обработки листов с постоянной и перемещенной длиной оптического тракта приведены на рис. 2.19, а—г . По одной или одновременно по двум координатам перемещается лист обрабатываемой заготовки или излучатель / лазера вместе с лазерным инструментом. Пучок передается в зону обработки с помощью неподвижных или подвижных отражающих зеркал. По схеме, показанной на рис., я, создается оборудование на базе высечных ножниц, прессов (лазер-пресс), координатных столов, фрезерных станков. По схеме, показанной на рис., б, в, реализуются машины портальной конструкции, причем излучатель лазера может устанавливаться на подвижном портале, каретке поперечного хода или стационарно . Недостаток оборудования с переменной длиной оптического тракта — изменение параметров сфокусированного пучка в различных точках зоны обработки ввиду наличия расходимости излучения. Чтобы обеспечить требуемую производительность и качество резки, максимальная длина оптического тракта не должна превышать 6… 10 м при расходимости излучения в пределах 1…1,5 мрад. Для обеспечения постоянного положения фокальной плоскости относительно поверхности обрабатываемого листа, который может иметь волнистость, оптический инструмент имеет возможность перемещаться по оси.
При обработке труб или обечаек предусматривается вращение заготовки и перемещение в горизонтальной плоскости отражающего зеркала (иногда вместе с излучателем лазера). Оборудование для обработки объемных заготовок имеет 3—6 степеней подвижности в зависимости от конфигурации заготовок. В качестве приводов для обработки простых прямолинейных контуров применяют в основном тахометрические электромеханические приводы, а для обработки криволинейных контуров — следящие электромеханические приводы с тиристорными или транзисторными усилителями. В последнее время нашли распространение также электроприводы с линейными электродвигателями. Конечными кинематическими звеньями электромеханических приводов машин с размерами зоны обработки до 1 х | м являются, как правило, ша-риковинтовые пары машин с большими габаритами зоны обработки — реечные передачи.
При сварке и резке сложных контуров используются многокоординатные системы ЧПУ на базе микроЭВМ. Система ЧПУ управляет координатными перемещениями оборудования, а также технологическими операциями включения излучения, вспомогательных газов и др. На современных портальных машинах для резки электроприводы и система ЧПУ располагаются, как правило, на подвижном портале. Для подготовки управляющих программ оптимального раскроя листов применяют автономные программирующие центры на базе мини-ЭВМ типа СМ 1420.
Оборудование для сварки или резки объемных заготовок создается на базе портальных роботов или роботов антропоморфного типа. Программирование производится методом обучения или расчетным путем.
В установках для сварки световым лучом в качестве источника излучения обычно используют шаровые дуговые ксеноновые лампы сверхвысокого давления двух типов: ДКСШ — с воздушным охлаждением и ДКСШРБ — с комбинированным воздушно-водным охлаждением мощностью 0,12… 10 кВт. Ксеноновые лампы работают от источника постоянного тока с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей вольт-амперной характеристикой. Хорошо себя зарекомендовали сварочные выпрямители серии ВСВУ. Дуговой разряд в лампах возбуждаегся с помощью специального высоковольтного высокочастотного блока поджига (осциллятора) Установка состоит из стеклянного длиннофокусного отражателя с соотношением фокусных расстояний (осевым увеличением) диаметром 600 мм с углом охвата 180° и двухлинзового кварцевого объектива. Установка рассчитана на применение лампы типа ДКСШРБ мощностью 3,5… 10 кВт. Максимальная плотность лучистого потока в центре сфокусированного пятна нагрева
(2200 Вт/см2) достигается при использовании лампы типа ДКСШРБ мощностью 10 кВт и системы с кварцевым объективом. Установка оснащена следующими технологическими узлами: станиной, на которой установлен рабочий стол с электроприводом, столом, предназначенным для размещения на нем приспособлений и перемещения деталей под световым лучом при выполнении сварных швов; оптическим устройством для наблюдения за процессом нагрева; пневматическим затвором, служащим для перекрытия лучистого потока; блоком питания ксеноновых ламп и пульта управления. На установке успешно выполняют сварку тонколистовых конструкционных металлов толщиной 0,1 …2,0 мм.
Установка содержит семь моноэллипсоидных систем, в которых в качестве концентратора излучения использован стеклянный отражатель диаметром 156 мм с углом охвата 180° и соотношением фокусных расстояний. В качестве источников излучения применены дуговые ксеноновые лампы типа ДКСШ мощностью 1 кВт. В установке за счет перемещения отдельных оптических систем в зависимости от требуемой технологической задачи можно создавать точечный, кольцевой и полосовой источники теплоты в рабочей плоскости установки. Максимальная плотность лучистого потока в рабочем пятне нагрева при фокусировке всех систем в одну точку составляет 1000 Вт/см2. С использованием этой установки успешно могут быть решены задачи по сварке тонколистовых конструкций толщиной менее 0,2 мм.
Промышленная установка создана для сварки листовых конструкций с толщиной листа менее 2 мм. В установке использован стеклянный алюминированный эллипсоидный отражатель диаметром 358 мм с углом охвата 200°, осевым увеличением М0 = 4, специализированная ксеноновая лампа типа ДКСШРБ мощностью 4 кВт. Такая система обеспечивает получение максимальной плотности лучистого потока 2500 Вт/см2.
В промышленности находят применение модули лучистого нагрева (МЛН) различного технического назначения. Такие модули могут устанавливаться на разнообразные технологические стапели или станки в зависимости от конкретной технологической задачи. В модулях применен новый более прогрессивный металлический отражатель, который позволяет существенно повысить плотность лучистого потока в пятне нагрева, а следовательно, производительность сварочных установок. Так, система с отражателем, изготовленным из алюминиевого сплава Д16 диаметром 300 мм, углом охвата 238° с осевым увеличением позволяет достигнуть максимальной плотности лучистого потока в центре пятна
нагрева 6000 Вт/см2 при использовании лампы типа ДКСШРБ мощностью 5 кВт, работающей в номинальном режиме.
Дальнейшее повышение эффективности процесса нагрева световым лучом может быть достигнуто за счет увеличения энергетической яркости ламп путем перехода от непрерывного к импульсному режиму их питания. Установлено, что при кратковременной перегрузке лампы по силе тока в 1,5…2,0 раза плотность лучистого потока в пятне нагрева может быть повышена в 2,0…2,5 раза. При этом лампа работает достаточно стабильно, без заметного сокращения срока службы.
В последние годы в промышленности был разработан более прогрессивный МЛН с короткофокусным металлическим отражателем, имеющий более высокие энергетические характеристики. Он состоит из металлического водоохлаждаемого отражателя, дуговой ксено-новой лампы серии ДКСШРБ, узла юстировки, затвора — регулятора лучистого потока, системы визуального наблюдения за процессом сварки, аппаратуры измерения и контроля параметра светового луча, пульта управления. Электрическое питание ксеноновых ламп мощностью 3,0… 10 кВт осуществляется от сварочного тиристорного выпрямителя типа ВСВУ-630, обеспечивающего непрерывный и импульсный режим работы. Выходные параметры пучка лучистой энергии Е сварочных установок представлены с ксеноновой лампой ДКСШР.
