在激光焊接中，保證間隙誤差的一種方法是通過施加較大壓力來補償工件的形狀誤差。如轎車車身頂縫焊接的夾持系統(tǒng)經(jīng)常使用壓力滾輪或其他工具來夾緊搭接焊縫，一方面防止焊接過程中工件的變形，另一方面可保證焦點與工件表面之間位置的相對恒定。

通常，噴嘴到工件的距離在3～10mm的范圍之間，典型的噴嘴孔直徑在4—8mm之間，一般氣體壓力較低，氣體流速在8～30L/min之間。圖3-30為C02和Nd: YAG激光器應(yīng)用較為廣泛的焊接噴嘴典型形狀。

為了使焊接光學(xué)元件免受焊接中所產(chǎn)生的粉塵污染和飛濺的影響，人們提出了幾種橫向噴射式噴嘴的設(shè)計思想。它們的基本原理都是考慮使氣流垂直穿過激光束，針對不同的技術(shù)要求，或是用于吹散焊接煙塵，或是利用高動能使金屬顆粒轉(zhuǎn)向。3.10  激光焊接加工系統(tǒng)

一般激光焊接加工系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：

(1)激光器；

(2)加工機床或工作臺；

(3)內(nèi)外光路的冷卻系統(tǒng)；

（”導(dǎo)光系統(tǒng)及光束聚焦系統(tǒng)（反射鏡、透射鏡及光纖元件等）；

(5)工作氣體（包括供氣裝置和噴嘴等）；

(6)控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)（包括控制器、操作系統(tǒng)、數(shù)控軟件及生產(chǎn)技術(shù)軟件等）o

對于激光器和光束引導(dǎo)、聚焦系統(tǒng)，前文已有詳細的介紹，下面將對激光焊接設(shè)備的其他部分進行介紹。3.10.1加工系統(tǒng)

加工系統(tǒng)的主要任務(wù)是承載工件并使工件與激光束作相對運動，加工精度在很大程度上取決于加工系統(tǒng)的精度和激光束運動時的可調(diào)精度。光束運動的調(diào)節(jié)和加工系統(tǒng)的運動軌跡都是靠敬控系統(tǒng)來控制的。加工系統(tǒng)需要有良好的數(shù)控系統(tǒng)和可靠的檢測、反饋系統(tǒng)，才可能生產(chǎn)出精確的產(chǎn)品。加工系統(tǒng)的形式很多，主要有數(shù)控機床、工作臺及焊接機器人等。激光器與不同的焊接加工系統(tǒng)相結(jié)合可以大大提高激光焊接的應(yīng)用范圍。

根據(jù)工件和激光加工頭的空間運動形式可以將激光焊接加工的運動系統(tǒng)分為簡單和復(fù)雜兩種。在簡單的運動系統(tǒng)中，材料只能在固定激光束下作線性運動或簡單的旋轉(zhuǎn)，而在復(fù)雜的多軸運動系統(tǒng)則可以進行三維軌跡的焊接。下面分別對一維、二維和三維三種運動系統(tǒng)進行簡單介紹。

1)一維運動系統(tǒng)

一維系統(tǒng)是對所有只允許沿著一個方向進行加工操作的系統(tǒng)的總稱，例如，管、橫截面或條狀工件的焊接加工。而且，這些系統(tǒng)經(jīng)常在焊接加工頭上安裝額

外的直線調(diào)整機構(gòu)以精確調(diào)節(jié)焊接位置。

2)二維運動系統(tǒng)

二維運動系統(tǒng)主要用于加工平板金屬材料，在管與橫截面的加工中應(yīng)用也較多。二維焊接系統(tǒng)主要分為以下三種形式：①固定光束（光束傳輸系統(tǒng)固定）；②運動光束（工件固定）；③混合系統(tǒng)（光軸和工作臺均可運動）o每種形式都有各自的優(yōu)缺點，一般來說，固定光束的系統(tǒng)在相同或相似工件的大批量焊接時效率較高。

在二維運動系統(tǒng)中，可采用先進的飛動元件，其運動元件的質(zhì)量較小，光束引導(dǎo)元件的慣性較低（如在飛動光學(xué)系統(tǒng)中的移動式反射鏡），能夠以很高的速度和加速度運動，同時還可保證較高的重復(fù)精度和定位精度，這對于復(fù)雜形狀工件的加工特別重要。現(xiàn)代的CNC運動系統(tǒng)一般可以獲得較高的加工精度，大多數(shù)情況下，使用傳統(tǒng)的機器人達不到這種加工所需的精度。

3)三維運動系統(tǒng)

對于三維的焊接加工來說，可使用5軸龍門架系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)或遠距離焊接系統(tǒng)。

在龍門架系統(tǒng)中，通過3個相互垂直的直線軸來進行定位，較常用的是“半飛動光學(xué)系統(tǒng)”o光學(xué)系統(tǒng)沿著兩個軸運動，工件固定沿著一個方向運動。為了保證激光束以正確的角度入射到工件的表面，龍門架系統(tǒng)一般還備有兩個旋轉(zhuǎn)軸用于激光頭的定位。對于C02激光，其先束傳輸可以采用柔性臂單元，Nd: YAG激光則可通過光纖來進行傳輸。

機器人系統(tǒng)主要用于焊接三維的零部件，如轎車車身。相對于龍門架系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)更高效、更經(jīng)濟。但在使用機器人系統(tǒng)時，必須事先檢查該系統(tǒng)是否具有所需的加工精度和動特性。機器人系統(tǒng)有三種運動方式：激光器運動、光束運動和工件運動。

遠距離焊接系統(tǒng)可大幅度提高焊接效率和焊接質(zhì)量，在不久的將來，有望取代目前使用的常規(guī)運動系統(tǒng)。遠距離焊接系統(tǒng)無需光束傳輸運動臂，主要是利用光學(xué)鏡片的轉(zhuǎn)動來改變加工位置。對于連續(xù)點焊來說，是一個高速運動系統(tǒng)，激光束在焊縫之間的運動速度可以大于2m/sO采用這種方式，遠距離焊接將成為電阻點焊的一個有力的競爭對手。一個成功的遠距離焊接系統(tǒng)，需要一個光束質(zhì)量高( >5mm．mrad)的大功率(>3kW)激光器。在長焦距的聚焦系統(tǒng)(f>1.6m)作用下，該系統(tǒng)可以形成一個錐狀的工作范圍，如圖3-31所示，以每分鐘超過100個點的焊接速度焊接轎車車門和其他的幾何形狀o除了焊點外，也可以形成各種形狀的焊縫，例如，階梯形、圓形、半圓形和波紋形等，所有的這些都是通過軟件來控制的。圖3-31  遠距離激光焊接系統(tǒng)一I：作原理3.10.2控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)

整個焊接系統(tǒng)應(yīng)采朋-個中央控制器來控制，這樣可以使激光器與運動系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。控制器要有較高的采樣速率才能有效地處理編碼器信號，以保證運動的精度和平穩(wěn)性。為了快速處理信息，控制器還應(yīng)具備預(yù)讀程序信息的能力，以便在保持恒定速率的情況下，焊接方向改變時改變加速度。對于多任務(wù)加-1-過程，焊接系統(tǒng)通常采用ir37機數(shù)字控制器(CNC)，這可使多軸控制更具靈活性。

由-J：實際零件的公差，加上系統(tǒng)本身或加工程序的不精確，許多焊接應(yīng)用中經(jīng)常需要對加．L_頭實際位置相對于程序中定義的路徑進行校正。目前已經(jīng)開發(fā)出大量的基于不同傳感技術(shù)的定位控制系統(tǒng)，這些定位控制系統(tǒng)主要包括位置傳感器、焊縫檢測傳感器和夾具加I頭。

位氍傳感器主要包括電容式、接觸式及軸式等幾種類型。電容式位置傳感器在J：業(yè)中較為常用，它是通過測量電容的變化來進行距離的測量，該電容隨工件表面到噴嘴端部的距離而變化。接觸式位置傳感系統(tǒng)主要用于加工非導(dǎo)電材料，如塑料或木材，在這些系統(tǒng)中，實際距離是通過與工件表面接觸的傳感器來測定的。在許多情況下傳感器按環(huán)形同軸方式被安裝在切割噴嚼的周圍，這種位置傳感器是使用現(xiàn)有加I：系統(tǒng)的軸或通過安裝有切割光學(xué)元件的附加軸來控制。

    在激光焊接中，焊前準備的誤差、坐標軸的運動偏差、夾緊誤差及夾具的磨損等因素都可能引起定位誤差，甚至?xí)?dǎo)致被焊構(gòu)件的焊縫不完整，而且激光焊。