CN104907695B - 一种紫铜激光焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开一种紫铜激光焊接装置，具有控制系统、激光器、激光焊接头、预热机构和温控机构，激光焊接机构具有激光器和激光焊接头；预热机构具有加热保温箱，加热保温箱内设有保温砖，保温砖上设有夹具，加热保温箱内的两侧壁设干烧加热管，加热保温箱上方设盖板和抽板；加热保温箱的两侧分别设电机Ⅰ和Ⅱ，电机Ⅰ通过齿轮Ⅰ与齿条Ⅰ作用带动盖板沿箱体的轴向移动；电机Ⅱ通过齿轮Ⅱ与齿条Ⅱ作用带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动；激光器、电机Ⅰ、电机Ⅱ、加热保温箱和红外线测温仪分别与控制系统线连接。该装置提高紫铜板材激光焊接的能量吸收率，提高工作效率，达到焊缝区美观、无余高基本无需额外加工，节省工序及成本。

Description

一种紫铜激光焊接装置及方法

技术领域

本发明创造为一种紫铜激光焊接装置及方法，用于厚度小于4mm的紫铜板材激光焊接，获得良好焊接接头质量的技术领域。

背景技术

激光焊接以其优良的焊接质量成为一种新型的焊接工艺。然而由于紫铜板材表面高反射率及散热速度极快，激光焊接过程常常出现焊缝不连续、表面质量差及焊缝夹杂严重等问题。而采用其他焊接方式如钨极氩弧焊却存在焊接热输入量过大而引起的焊接严重变形等问题。因此急需开发可实现优良焊接质量且具有较高效率的紫铜板材激光焊接设备。

发明内容

本发明创造的发明目的是提供一种紫铜激光焊接装置及方法，通过预热机构对工件进行预热，再通过预热机构与激光焊接头的配合对工件进行焊接，不仅提高紫铜板材激光焊接的能量吸收率，提高工作效率，还能够实现对紫铜薄壁管材的激光焊接，从而达到焊缝区美观、无余高基本无需额外加工，节省工序及成本。

本发明创造采用的技术方案为：

一种紫铜激光焊接装置，具有控制系统、激光器、激光焊接头、预热机构和温控机构，所述激光焊接机构具有激光器和激光焊接头；

所述预热机构具有加热保温箱，加热保温箱内设有保温砖，保温砖上设有用于固定工件的夹具，加热保温箱内的两侧壁延箱体轴向均布设有数个干烧加热管，加热保温箱上方设有盖板和抽板，所述盖板上与工件对应的位置设有豁口，所述抽板设置在豁口处；加热保温箱的两侧分别设有电机I和II，所述盖板上设有齿条I，所述电机I通过齿轮I与齿条I作用带动盖板沿箱体的轴向移动；所述抽板上设有齿条II，所述电机II通过齿轮II与齿条II作用带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动；

所述激光器和激光焊接头位于盖板的上方，所述激光焊接头相对于工件的位置可调；

所述温控机构包括温控箱，与温控箱连接并置于加热保温箱内的热电偶和用于测量工件温度的红外测温仪；

所述激光器、电机I、电机II、加热保温箱和红外线测温仪分别与控制系统线连接。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述保温砖在加热保温箱体内的位置沿箱体的轴向方向可调。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述盖板上位于豁口的一侧设有红外线测温孔。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述加热保温箱的箱体内部四周设有玻璃纤维填充层，所述玻璃纤维填充层的厚度为15mm-20mm，所述玻璃纤维的直径为1mm。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述加热保温箱的箱体内底部与保温砖之间设有石棉。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述工件为紫铜工件，所述紫铜工件的厚度不大于4mm。

所述的一种紫铜激光焊接装置，还包括保护气瓶和保护气管，所述保护气管连接在激光焊接头的一侧，所述保护气瓶与保护气管之间通过软管连接，所述保护气瓶的出气口处设有电磁控制阀，所述电磁控制阀与控制系统线连接。

所述的一种紫铜激光焊接装置，所述保温砖为高铝砖。

一种紫铜激光焊接方法，包括如下步骤：

1)启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板与盖板分离，启动电机I带动盖板沿箱体的轴向移动，让出加热保温箱中的夹具的位置；

2)将工件固定在夹具上，启动电机I带动盖板沿箱体的轴向移动，使盖板盖住整个箱体且豁口处位于工件待焊接的部位的上方，启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板与盖板闭合；

3)利用加热保温箱的中的干烧加热管对箱体内部进行加热，并通过热电偶对箱体内的温度进行监控；利用红外线测温仪对工件的表面温度进行监测；

4)当工件的温度达到焊接要求时，启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板以V₁的速度远离盖板，同时启动激光器对工件进行焊接，并控制激光焊接头以与V1相适配的速度V₂进行焊接，直至焊接完成。

所述的一种紫铜激光焊接方法，所述步骤4)中速度V₁与速度V₂一致。

本发明创造具有以下有益效果：

本发明创造一种紫铜激光焊接装置主要包括对工件进行预热的预热机构、激光发生系统(激光器和激光焊接头，该激光焊接头沿箱体轴向方向可进行位置调节以适应不同厚度紫铜工件；)、温控机构和控制系统PLC，预热机构由加热干烧管作为热源，由保温砖、盖板和抽板配合实现加热保温箱内的温度恒定，使用热电偶及加热保温箱内的温度调节系统对箱体内部温度进行监控及调整。紫铜工件的温度测定则由外置的红外高温测温仪完成。

利用预热机构可实现工件焊前温度可控的功能，解决紫铜工件激光焊接过程中热量无法汇聚、焊缝表观质量差及焊缝缺陷多等问题，确保紫铜激光焊接工艺稳定。通过调整电机的转速可实现抽板运动速度与激光焊接速度配合，可保证焊接区域的预热温度基本不变，实现预热措施可靠、稳定的目的。

箱体内保温砖轴向位置可调，可使该装置用于板厚不同或不同材质的铜及铜合金的激光焊接，因此扩大了该装置的使用范围。

预热机构由加热干烧管作为热源，箱体内部四周用1mm直径玻璃纤维填充以降低装置内热量散失并保持箱体内外绝缘。为实现预热箱的温度恒定，使用热电偶及加热保温箱中温度调节系统对箱体内部温度进行监控及调整。紫铜工件的温度测定则由外置的高温测温仪完成。解决紫铜板材激光焊接过程中焊缝区成型性差、缺陷严重及表观质量差等问题，确保紫铜工件激光焊接工艺的稳定性。

附图说明

图1为本发明创造一种紫铜激光焊接装置的结构示意图。

图2为图1所示预热机构的示意图。

图3为图1所示预热机构的俯视图。

图4为图1所示盖板的结构示意图。

图5为图1所示夹具的结构示意图。

图6为实施例中单激光焊接与经预热处理后激光焊接的形态对比图。

其中，1-PLC控制器，2-电磁控制阀，3-保护气管，4-激光焊接头，5-红外线测温仪，6-夹具，7-温控箱，8-热电偶，9-加热保温箱，10-干烧加热管，11-电机II，12-保护气瓶，13-电机I，14-工件，15-抽板，16-盖板，17-保温砖，18-石棉，19-红外线测温孔，20-齿条I，21-齿条II，22-激光器，23-齿轮I，24-齿轮II，25-螺栓组件，26-豁口

具体实施方式

如图1所示一种紫铜激光焊接装置，具有控制系统、激光焊接系统、预热机构和温控机构，其中控制系统为PLC控制器1，激光焊接系统包括激光器22和激光焊接头4，温控机构包括温控箱7、热电偶8和红外线测温仪5，如图2所示预热机构包括加热保温箱9，保温砖17，夹具6，干烧加热管10，盖板16，抽板15、电机I13和II11。保温砖17设置在加热保温箱9的箱体内部，夹具6设置在保温砖17上用于固定工件14，数个干烧加热管10在加热保温箱9内的两侧壁上延箱体的轴向均布设置，盖板16和抽板15分别通过支架设置在加热保温箱9的上方，如图4所示盖板16上与箱体内工件对应的位置设有豁口26，抽板15设置在豁口26处；盖板16上位于豁口的一侧设有红外线测温孔19；电机I13和II11通过电机座分别设置在加热保温箱9的两侧，盖板的一侧设有齿条I20，电机I通过齿轮I23与齿条I20作用带动盖板16沿箱体的轴向移动；抽板15上设有齿条II21，电机II11通过齿轮II24与齿条II21作用带动抽板15沿垂直箱体轴向的方向移动。激光器22和激光焊接头4通过导轨支架设置在盖板16的上方，且激光焊接头4相对于紫铜工件的位置可调，激光焊接头4可在盖板16的上方移动其移动速度由控制系统PLC控制器1控制。热电偶8置于加热保温箱9内，并与温控箱7连接，红外线测温仪5位于工件14上方通过红外线测温孔19测量工件14的温度。

激光器22、电机I13、电机II11、加热保温箱和红外测温仪分别与控制系统PLC控制器1线连接。其中电机I13和电机II11均为步进式电机。

优选地，加热保温箱9的箱体内部四周设有玻璃纤维填充层，玻璃纤维填充层的厚度为15mm-20mm，所述玻璃纤维的直径为1mm。加热保温箱9的箱体内底部与保温砖17之间设有石棉18。

该一种紫铜激光焊接装置主要用于厚度不大于4mm的紫铜工件的焊接加工。

该一种紫铜激光焊接装置，还包括保护气瓶12和保护气管3，所述保护气管3连接在激光焊接头4的一侧，所述保护气瓶12与保护气管3之间通过软管连接，所述保护气瓶12的出气口处设有电磁控制阀2，所述电磁控制阀2与控制系统PLC控制器1线连接。

优选地，加热保温箱9内的保温砖17为高铝砖。保温砖10在加热保温箱9内的位置沿箱体的轴向方向可调，可使该紫铜激光焊接装置用于板厚不同或不同材质的铜及铜合金的激光焊接，因此扩大了该装置的使用范围。

一种紫铜激光焊接方法，包括如下步骤：

1)启动电机II11带动抽板15沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板15与盖板16分离，启动电机I13带动盖板16沿箱体的轴向移动，让出加热保温箱9中的夹具6的位置；

2)将工件14固定在夹具6上，启动电机I13带动盖板16沿箱体的轴向移动，使盖板16盖住整个箱体且豁口处位于工件待焊接的部位的上方，启动电机II11带动抽板15沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板15与盖板16闭合；

3)利用加热保温箱9的中的干烧加热管10对箱体内部进行加热，并通过热电偶8对箱体内的温度进行监控；利用红外线测温仪5对工件14的表面温度进行监测；

4)当工件14的温度达到焊接要求时，启动电机II11带动抽板15沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板15以V₁的速度远离盖板16，同时启动激光器22对工件14进行焊接，并控制激光焊接头4以与V1相适配的速度V₂进行焊接，直至焊接完成。优选地，速度V₁与速度V₂一致。

该一种紫铜激光焊接方法，利用一种紫铜激光焊接装置中的预热机构对紫铜工件实现预热处理的功能，解决紫铜板材激光焊接过程中焊缝区成型性差、缺陷严重及表观质量差等问题，确保紫铜工件激光焊接工艺的稳定性；同时利用预热机构又可实现工件焊前温度可控的功能，解决紫铜工件激光焊接过程中热量无法汇聚、焊缝表观质量差及焊缝缺陷多等问题，确保紫铜激光焊接工艺稳定；利用调整电机的转速可实现抽板运动速度和激光焊接速度配合，可保证焊接区域的预热温度基本不变，实现预热措施可靠、稳定。

应用检测实施例

将紫铜板材(厚度为2mm)的激光焊接焊缝与本发明创造的一种紫铜激光焊接装置的预热处理激光焊接焊缝形貌进行对比分析。其结果如图6所示为两种工艺条件下焊缝区形貌。由图6(a)可见，单纯激光焊接接头存在焊缝区缺陷严重等问题而影响其接头性能；而图6(b)为经本发明创造装置的预热处理激光焊接接头形貌，可见焊缝区无明显缺陷，组织与基体基本实现平滑过渡，成型性较好。

Claims (10)

1.一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，具有控制系统、激光器、激光焊接头、预热机构和温控机构，所述激光焊接机构具有激光器和激光焊接头；

所述预热机构具有加热保温箱，加热保温箱内设有保温砖，保温砖上设有用于固定工件的夹具，加热保温箱内的两侧壁沿箱体轴向均布设有数个干烧加热管，加热保温箱上方设有盖板和抽板，所述盖板上与工件对应的位置设有豁口，所述抽板设置在豁口处；加热保温箱的两侧分别设有电机Ⅰ和电机II，所述盖板上设有齿条Ⅰ，所述电机Ⅰ通过齿轮Ⅰ与齿条Ⅰ作用带动盖板沿箱体的轴向移动；所述抽板上设有齿条II，所述电机II通过齿轮II与齿条II作用带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动；

所述激光器和激光焊接头位于盖板的上方，所述激光焊接头相对于工件的位置可调；

所述温控机构包括温控箱，与温控箱连接并置于加热保温箱内的热电偶和用于测量工件温度的红外测温仪；

所述激光器、电机Ⅰ、电机II、加热保温箱和红外线测温仪分别与控制系统线连接。

2.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述保温砖在加热保温箱体内的位置沿箱体的轴向方向可调。

3.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述盖板上位于豁口的一侧设有红外线测温孔。

4.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述加热保温箱的箱体内部四周设有玻璃纤维填充层，所述玻璃纤维填充层的厚度为15mm-20mm，所述玻璃纤维的直径为1mm。

5.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述加热保温箱的箱体内底部与保温砖之间设有石棉。

6.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述工件为紫铜工件，所述紫铜工件的厚度不大于4mm。

7.根据权利要求1所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，还包括保护气瓶和保护气管，所述保护气管连接在激光焊接头的一侧，所述保护气瓶与保护气管之间通过软管连接，所述保护气瓶的出气口处设有电磁控制阀，所述电磁控制阀与控制系统线连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种紫铜激光焊接装置，其特征在于，所述保温砖为高铝砖。

9.一种利用权利要求1-8所述紫铜激光焊接装置进行焊接的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板与盖板分离，启动电机Ⅰ带动盖板沿箱体的轴向移动，让出加热保温箱中的夹具的位置；

2)将工件固定在夹具上，启动电机Ⅰ带动盖板沿箱体的轴向移动，使盖板盖住整个箱体且豁口处位于工件待焊接的部位的上方，启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板与盖板闭合；

3)利用加热保温箱的中的干烧加热管对箱体内部进行加热，并通过热电偶对箱体内的温度进行监控；利用红外线测温仪对工件的表面温度进行监测；

4)当工件的温度达到焊接要求时，启动电机II带动抽板沿垂直箱体轴向的方向移动使抽板以V₁的速度远离盖板，同时启动激光器对工件进行焊接，并控制激光焊接头以与V1相适配的速度V₂进行焊接，直至焊接完成。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中速度V₁与速度V₂一致。