CN102248291A - 拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法 - Google Patents

拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法，该装置包括：光路连接盘、X轴调节机构、反光镜基座机构、聚焦镜基座机构、Y轴调节机构，焦距调节机构、气幕发生机构、焊接嘴、主体连接机构、保护气体进气口、气幕发生机构进气口、保护气体管路和X轴调节机构百分表安装架；本发明具有体积小巧、结构简单、安装方便、适应性强，可适应多种焦距的聚焦镜，节省焊接头备件，严密的气体保护装置可以减少激光反光镜的腐蚀。降低工艺成本，调节操作简单，三维方向均可调节的优点。

Description

拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法
技术领域
本发明涉及一种拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法。
背景技术
激光焊接技术作为焊接新能源具有激光焊机热输入量小、深宽比大，深熔焊可达12∶1以上，因此热影响区小，工件收缩和变形较小，焊缝内部残余应力很小，焊接过程中为非接触焊接对于焊缝没有外加应力，焊缝窄且表面质量好，焊缝强度高(强度增加同时焊缝尺寸减小，与不连续电阻点焊相比较具有较高的静载强度和疲劳强度)等特点。
激光焊接头作为激光焊机的主要组成部件，对于激光焊接的质量具有决定性的影响，激光焊接为精密控制设备，一个好的激光焊接头应该提供一个快速的精确的全方位的调节结构为工业生产提供最快捷的生产调节方式，同时应该具有根据焊接材质适应各种焦距的普适性，降低备件成本，快速更换生产规格的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置和实现方法，可以实现在三维方向上快速精确调节，并利用气体涡流形成气幕，防止光路保护气体受到污染，可适用多种焦距聚焦镜，降低了备件成本。
本发明提供的拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置包括：光路连接盘、X轴调节机构、反光镜基座机构、聚焦镜基座机构、Y轴调节机构，焦距调节机构、气幕发生机构、焊接嘴、主体连接机构、保护气体进气口、气幕发生机构进气口、保护气体管路和X轴调节机构百分表安装架；
反光镜基座机构、聚焦镜基座机构、X轴调节机构、Y轴调节机构、焦距调节机构都是通过主体连接机构相连接；激光由X轴调节机构内腔进入通过反光镜基座机构的反光镜折射到聚焦镜基座机构的聚焦镜，聚焦后的激光由焊接嘴发出，投射到被焊接的部件上；
所述的X轴调节机构与光路连接盘用螺栓相连接，主体连接机构与光路连接盘通过滑套相连接，通过X轴调节机构的推动螺丝主体连接机构，可相对于光路连接盘的圆心做转动，以达到调节激光光路走向的目的；
所述的反光镜基座机构与主体连接机构用螺栓固定连接；
所述的聚焦镜基座机构与主体连接机构用螺栓连接，其螺栓连接孔相对与螺栓杆有一点的相对位置的调节量；
固定于主体连接机构上的Y轴调节机构通过微调螺栓驱动聚焦镜基座机构围绕其中心做旋转动作以调节激光光路走向的效果；焦距调节机构的滑动套内套与外套之间设置一个复位弹簧，焦距调节机构的滑动套内套与主体连接机构以螺栓连接，焦距调节机构的滑动套外套与气幕发生机构连接，使得焦距调节机构通过旋转外套螺母并在复位弹簧的作用下使内外套相对于焦距调节机构的轴线做伸缩运动，达到调节激光长度适应聚焦镜焦距变化的要求。
所述的焊接嘴与气幕发生机构以螺纹连接，气幕发生机构通过一个支架结构与焊接过程保护气体管路相连接；主体连接机构上有两个连通焊接头内腔的光路保护气体进气口；气幕发生机构进气口位于气幕发生机构的一侧；X轴调节机构百分表安装架位于光路连接盘和X轴调节机构之间，用以测量调节量。
所述的X轴调节机构具有调节刻度可定量微调。
所述的焦距调节机构是由可调节的套管构成，套管间有橡胶密封，可适应180-250mm之间焦距的聚焦镜。
所述的X轴调节机构设置了百分表测试结构通过百分表的示数，可以将调节精度提高到0.01mm。
所述的X轴调节机构、Y轴调节机构以及焦距调节机构是通过微调螺杆实现调节目的。
所述的反光镜基座机构以及聚焦镜基座机构是可实现快速5秒更换镜片组的机构，并对镜片的平行度进行微调。
所述的焊接嘴出口一侧设置有氦气保护装置，防止焊接过程中焊缝处材质的氧化，同时吹散焊接过程中形成的等离子云，消除离焦作用对焊接的影响。
所述的主体连接机构上有两个氮气进气口，用以保持光路内部相对于外部的一个微正压，防止外界空气进入光路污染激光保护气，影响焊接质量。
所述的气幕发生机构是通过外部的进气口通入氮气，在该机构内根据流体力学设置气路，用以在该处形成涡流将光路内部气体与从焊接嘴进入的空气隔离，保持光路内气体的不被污染。
本发明的实现方法包括的步骤：
根据聚焦镜提供的焦距数据调节，焦距调节机构的外部套管使焦点位于距焊接嘴出口平面的距离为焊接件厚度+1.5mm(也可通过激光刻痕试验确定焦距调节机构的实际位置)，打开保护气开关使得氮气将焊接头内部的空气排出焊接头腔体，可选15分钟后打开气幕发生机构进气开关隔离光路气体。调节激光发生器通入低功率激光，调节Y轴调节机构，使得激光束精确通过焊接嘴中心，调节X轴调节机构，使得激光束精确的落在两个焊接件的接触线上。完成以上操作焊接头就可以正常工作。
本发明具有体积小巧、结构简单、安装方便、适应性强，可适应多种焦距的聚焦镜，节省焊接头备件，严密的气体保护装置可以减少激光反光镜的腐蚀。降低工艺成本，调节操作简单，三维方向均可调节的优点。
附图说明
图1为三维调节的气幕封闭激光焊接头装置等轴视图。
图2为三维调节的气幕封闭激光焊接头装置侧视图。
图3为X轴调节机构局部视图。
图4为Y轴调节机构局部视图。
图5为气幕发生机构的等轴视图。
具体实施方式
以下结合附图说明详细说明本发明。
如图所示，光路连接盘1，X轴调节机构2，反光镜基座3，聚焦镜基座4，Y轴调节机构5，焦距调节机构6，气幕发生机构7，焊接嘴8，主体连接机构9，光路保护气体进气口10，气幕发生机构进气口11，焊接过程保护气体管路12，X轴调节机构百分表安装架13。
如图所示，光路连接盘1的X轴调节机构2用螺栓相连接，主体连接机构9与光路连接盘1通过滑套相连接，通过X轴调节机构2的调节螺丝，主体连接机构9可相对于光路连接盘1的圆心做转动以达到调节的目的。反光镜基座3与主体连接机构9用螺栓固定连接。聚焦镜基座4与主体连接机构9用螺栓连接，其螺栓连接孔相对与螺栓杆设有相对位置的调节量。Y轴调节机构5固定于主体连接机构9上，Y轴调节机构5可通过微调螺栓驱动聚焦镜基座4围绕其中心做旋转动作以达到调节效果。焦距调节机构6滑动套内套与外套之间设置一个复位弹簧，焦距调节机构6滑动套内套与主体连接机构9以螺栓连接，焦距调节机构6滑动套外套与气幕发生装置连接，使得焦距调节机构6可通过旋转外套螺母并在复位弹簧的作用下使内外套相对于焦距调节机构6的轴线做伸缩运动，达到调节激光长度适应聚焦镜焦距变化的要求。
焊接嘴8与气幕发生机构7以螺纹连接。气幕发生机构7通过一个支架结构与焊接过程保护气体管路12相连接。主体连接机构9上有两个连通焊接头内腔的光路保护气体进气口10。气幕发生机构进气口11位于气幕发生机构7的一侧。X轴调节机构百分表安装架13位于光路连接盘1和X轴调节机构2之间用以测量调节量。
如图2所示光路连接盘1与激光焊接设备光路用螺栓连接，光路连接盘1的X轴调节机构2用螺栓相连接，主体连接机构9与光路连接盘1通过滑套相连接，通过X轴调节机构2的调节螺丝主体连接机构9可相对于光路连接盘1的圆心做转动以达到调节目的。反光镜基座3与主体连接机构9用螺栓固定连接。聚焦镜基座4与主体连接机构9用螺栓连接，其螺栓连接孔相对与螺栓杆有一点的相对位置的调节量。Y轴调节机构5固定于主体连接机构9上，Y轴调节机构5可通过微调螺栓驱动聚焦镜基座4围绕其中心做旋转动作以达到调节效果。焦距调节机构6滑动套内套与外套之间设置一个复位弹簧，焦距调节机构6滑动套内套与主体连接机构9以螺栓连接，焦距调节机构6滑动套外套与气幕发生装置连接，使得焦距调节机构6可通过旋转外套螺母并在复位弹簧的作用下使内外套相对于焦距调节机构6的轴线做伸缩运动，达到调节长度适应聚焦镜焦距变化的要求。焊接嘴8与气幕发生机构7以螺纹连接。气幕发生机构7通过一个支架结构与焊接过程保护气体管路12相连接。主体连接机构9上有两个连通焊接头内腔的光路保护气体进气口10。气幕发生机构进气口11位于气幕发生机构7的一侧。X轴调节机构百分表安装架13位于光路连接盘1和X轴调节机构2之间用来测量调节量。
如图1所示，光路连接盘1与设备光路连接，根据聚焦镜提供的焦距数据调节，焦距调节机构6的外部套管，使焦点位于距焊接嘴8出口平面的距离为焊接件厚度+1.5mm(也可通过激光刻痕试验确定焦距调节机构的实际位置)，打开保护气开关，使光路保护气体由光路保护气体进气口10进入焊接头内部，将焊接头内部的空气经焊接嘴8排出焊接头腔体，安装反光镜到反光镜基座3上，安装聚焦镜到聚焦镜基座4上。15分钟后打开气幕发生机构进气开关，使光路保护气体经气幕发生机构进气口11进入气幕发生机构7，形成涡旋气幕使光路保护气体与外界空气隔离。调节激光发生器通入低功率激光，调节Y轴调节机构5，使得激光束精确通过焊接嘴8中心，调节X轴调节机构2，使得激光束通过焊接嘴8中心精确的落在两个焊接件的接触线上。完成以上操作步骤，焊接头就可以正常工作。

Claims (10)

1.一种拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置，其特征在于它包括：光路连接盘(1)、X轴调节机构(2)、反光镜基座机构(3)、聚焦镜基座机构(4)、Y轴调节机构(5)，焦距调节机构(6)、气幕发生机构(7)、焊接嘴(8)、主体连接机构(9)、保护气体进气口(10)、气幕发生机构进气口(11)、保护气体管路(12)和X轴调节机构百分表安装架(13)；
反光镜基座机构(3)、聚焦镜基座机构(4)、X轴调节机构(2)、Y轴调节机构(5)、焦距调节机构(6)都是通过主体连接机构(9)相连接；激光由X轴调节机构(2)内腔进入通过反光镜基座机构(3)的反光镜折射到聚焦镜基座机构(4)的聚焦镜，聚焦后的激光由焊接嘴(8)发出，投射到被焊接的部件上；
所述的X轴调节机构(2)与光路连接盘(1)用螺栓相连接，主体连接机构(9)与光路连接盘(1)通过滑套相连接，通过X轴调节机构(2)推动主体连接机构(9)可相对于光路连接盘(1)的圆心做转动，以达到调节激光光路走向的目的；
所述的反光镜基座机构(3)与主体连接机构(9)用螺栓固定连接；
所述的聚焦镜基座机构(4)与主体连接机构(9)用螺栓连接，其螺栓连接孔相对与螺栓杆有一点的相对位置的调节量；
固定于主体连接机构(9)上的Y轴调节机构(5)通过微调螺栓驱动聚焦镜基座机构(4)围绕其中心做旋转动作以调节激光光路走向的效果；焦距调节机构(6)的滑动套内套与外套之间设置一个复位弹簧，焦距调节机构(6)的滑动套内套与主体连接机构(9)以螺栓连接，焦距调节机构(6)的滑动套外套与气幕发生机构(7)连接；
所述的焊接嘴(8)与气幕发生机构(7)以螺纹连接，气幕发生机构(7)通过一个支架结构与焊接过程保护气体管路(12)相连接；主体连接机构(9)上有两个连通焊接头内腔的光路保护气体进气口(10)；气幕发生机构进气口(11)位于气幕发生机构(7)的一侧；X轴调节机构百分表安装架(13)位于光路连接盘(1)和X轴调节机构(2)之间，用以测量调节量。
2.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的X轴调节机构(2)具有调节刻度可定量微调。
3.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的焦距调节机构(6)是由可调节的套管构成，套管间有橡胶密封，适应180-250mm之间焦距的聚焦镜。
4.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的X轴调节机构设置了百分表测试结构通过百分表的示数，将调节精度提高到0.01mm。
5.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的X轴调节机构(2)、Y轴调节机构(5)以及焦距调节机构(6)是通过微调螺杆实现调节目的。
6.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的反光镜基座机构以及聚焦镜基座机构是可实现快速5秒更换镜片组的机构，并对镜片的平行度进行微调。
7.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的焊接嘴(8)出口一侧设置有氦气保护装置。
8.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的主体连接机构(9)上有两个氮气进气口。
9.根据权利要求1所述的激光焊接头装置，其特征在于所述的气幕发生机构(7)是通过外部的进气口通入氮气。
10.一种使用权利要求1所述的拥有三维调节的气幕封闭激光焊接头装置的实现方法，其特征在于包括的步骤：根据聚焦镜提供的焦距数据调节，焦距调节机构的外部套管使焦点位于距焊接嘴出口平面的距离为焊接件厚度，打开保护气开关使得氮气将焊接头内部的空气排出焊接头腔体，15分钟后打开气幕发生机构进气开关隔离光路气体；调节激光发生器通入低功率激光，调节Y轴调节机构，使得激光束精确通过焊接嘴中心，调节X轴调节机构，使得激光束精确的落在两个焊接件的接触线上，完成以上操作焊接头就可以正常工作。
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