CN105312766A - 钢帘线的激光焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢帘线的激光焊接装置，它包括操作台、控制器、激光器、设置在操作台面板顶部的旋转机构、位于操作台顶端的龙门机构、设置在旋转机构旋转平台上的钢帘线激光焊接夹持机构，其中，所述龙门机构的执行台上安装有激光器的激光头，所述激光头与钢帘线激光焊接夹持机构相配合，且激光头位于钢帘线激光焊接夹持机构的上方，控制器控制信号输出端分别连接龙门机构、激光器、旋转机构、钢帘线激光焊接夹持机构。本发明的激光焊接使钢帘线焊接过程的精确性大幅提高，避免了常规人工焊接形式导致的焊接质量难以保证的问题。

Description

钢帘线的激光焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及钢帘线焊接技术领域，具体涉及一种钢帘线的激光焊接装置及方法。
背景技术
钢帘线(钢帘线是高碳钢捻制生产的产品)的焊接不同于常规产品焊接，其整绳焊接的焊点处的破断力不小于钢帘线原破断力的40％，且焊点处粗度不大于钢帘线原粗度的120％，焊点外长度不大于2mm。
传统钢帘线的焊接常采用电阻焊方式，焊接操作分为端头准备、对焊、焊缝清理、回火四个过程，每一环节都要正确操作，才能保证焊接成功。在实际操作过程中，钢帘线的焊接多为操作工凭经验来操作整个焊接过程，由于操作工的焊接水平、经验参差不齐，人为因素、电阻焊接方式因素对焊接质量的影响很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化程度高、影响因素少的钢帘线的激光焊接装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种钢帘线的激光焊接装置，它包括操作台、控制器、激光器、设置在操作台面板顶部的旋转机构、位于操作台顶端的龙门机构、设置在旋转机构旋转平台上的钢帘线激光焊接夹持机构，其中，所述龙门机构的执行台上安装有激光器的激光头，所述激光头与钢帘线激光焊接夹持机构相配合，且激光头位于钢帘线激光焊接夹持机构的上方，所述控制器的第一控制信号输出端连接龙门机构的控制信号输入端，控制器的第二控制信号输出端连接激光器的控制信号输入端，控制器的第三控制信号输出端连接旋转机构的控制信号输入端，控制器的第四控制信号输出端连接钢帘线激光焊接夹持机构的控制信号输入端。
一种利用上述钢帘线的激光焊接装置进行钢帘线激光焊接的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将两断头的钢帘线分别放入钢帘线固定夹持板的钢帘线限位固定端半圆孔上，并调整两断头钢帘线的距离，使两断头钢帘线的断头部接触，然后控制第一气缸和第二气缸的活塞杆下移，从而带动第一钢帘线移动夹持板和第二钢帘线移动夹持板下移，进而使两个钢帘线限位移动端半圆孔与对应的钢帘线限位固定端半圆孔扣合，此时两个钢帘线限位移动端半圆孔与对应的钢帘线限位固定端半圆孔将两断头钢帘线夹紧定位；
步骤2：调节激光头的工位，使激光头射出激光对准两断头钢帘线的断头焊接部；
步骤3：启动激光器，对两断头钢帘线的断头部进行激光焊接，通过控制激光器的输出功率保证两断头钢帘线的断头焊接部的焊接温度在1100℃～1200℃，且激光器以4～6m/min焊接速度进行激光焊接；
步骤4：步骤3中激光器以4～6m/min焊接速度进行激光焊接后，控制激光器的输出功率进行回火操作，使两断头钢帘线的断头焊接部达到回火温度580℃～620℃，并保温8～15s，即完成钢帘线的激光焊接。
本发明提出了一种全新的、用于金属线材行业的全自动激光焊接系统及激光焊接的工艺方法，高能量的激光束在焊接的过程中，没有过大的热影响区，钢帘线在焊接的过程中几乎不会发热，更不会变形，凸显了激光焊接工艺的节能、环保特性。同时采用了高可靠度的控制技术，精密工装夹具，实现了激光焊接和退火自动完成，保证了其在焊接上的可靠、精准、高效，使钢帘线焊点破断拉力提高到70％～75％，焊点处粗度合格率达到90％。本发明焊接方法进行钢帘线焊接后，得到了较好的性能结果。并且激光焊接使钢帘线焊接过程的精确性大幅提高，避免了常规人工焊接形式导致的焊接质量难以保证的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为本发明中电控部分结构框图；
图4为本发明中钢帘线激光焊接夹持机构的结构示意图；
图5为本发明中钢帘线激光焊接夹持机构的侧视结构示意图
图6为本发明中激光头部分的结构示意图；
其中，1—操作台、2—旋转机构、3—龙门机构、3.1—执行台、4—钢帘线激光焊接夹持机构、4.1—气缸固定板、4.2—第一气缸、4.3—钢帘线限位移动端半圆孔、4.4—钢帘线固定夹持板、4.5—钢帘线限位固定端半圆孔、4.6—第二气缸、4.7—第一钢帘线移动夹持板、4.8—第二钢帘线移动夹持板、4.9—气缸控制器、5—控制器、6—激光器、6.1—激光头、7—保护气体发生器、7.1—出气口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的钢帘线的激光焊接装置，如图1～6所示，它包括操作台1、控制器5、激光器6、设置在操作台1面板顶部的旋转机构2、位于操作台1顶端的龙门机构3、设置在旋转机构2旋转平台上的钢帘线激光焊接夹持机构4，其中，所述龙门机构3的执行台3.1上安装有激光器6的激光头6.1，所述激光头6.1与钢帘线激光焊接夹持机构4相配合，且激光头6.1位于钢帘线激光焊接夹持机构4的上方，所述控制器5的第一控制信号输出端连接龙门机构3的控制信号输入端，控制器5的第二控制信号输出端连接激光器6的控制信号输入端，控制器5的第三控制信号输出端连接旋转机构2的控制信号输入端，控制器5的第四控制信号输出端连接钢帘线激光焊接夹持机构4的控制信号输入端。
上述技术方案中，所述钢帘线激光焊接夹持机构4包括第一气缸4.2、第二气缸4.6、固定在旋转机构2旋转平台上一侧的气缸固定板4.1、固定在旋转机构2旋转平台上另一侧的钢帘线固定夹持板4.4、与钢帘线固定夹持板4.4匹配的第一钢帘线移动夹持板4.7和第二钢帘线移动夹持板4.8、控制第一气缸4.2和第二气缸4.6运动的气缸控制器4.9，其中，所述第一气缸4.2的缸体固定在气缸固定板4.1的一侧，第二气缸4.6的缸体固定在气缸固定板4.1的另一侧，第一气缸4.2的活塞杆上固定第一钢帘线移动夹持板4.7，第二气缸4.6的活塞杆上固定第二钢帘线移动夹持板4.8，所述钢帘线固定夹持板4.4上开设有钢帘线限位固定端半圆孔4.5，所述第一钢帘线移动夹持板4.7和第二钢帘线移动夹持板4.8上均开设有与钢帘线限位固定端半圆孔4.5匹配的钢帘线限位移动端半圆孔4.3。该钢帘线限位移动端半圆孔4.3与对应的第一钢帘线移动夹持板4.7和第二钢帘线移动夹持板4.8形成夹具芯套。
上述技术方案中，所述控制器5的第四控制信号输出端连接气缸控制器4.9的控制信号输入端。
上述技术方案中，所述钢帘线固定夹持板4.4上还设有尺寸刻度。
上述技术方案中，它还包括保护气体发生器7，所述保护气体发生器7的出气口7.1垂直面向激光头6.1的激光射出口，所述控制器5的第五控制信号输出端连接保护气体发生器7的控制信号输入端。
上述技术方案中，控制器5采用通用数控系统，该系统采用模块化结构，该控制器5与被控制设备之间通过SERCOS(serialrealtimecommunicationspecification,串行实时通信协议)进行通信。
一种利用上述钢帘线的激光焊接装置进行钢帘线激光焊接的方法，该方法为两钢帘线分别放入钢帘线激光焊接夹持机构4的夹具芯套内，调节两钢帘线断头距离，使两个端头接触并固定夹紧，调节激光头6.1下移合适位置，对准焊接位置。启动激光器6和保护气体发生器7对钢帘线进行对焊熔合，控制器5自动调节激光器输出功率进行焊后回火处理；
以上方法的具体操作步骤为：
步骤1：将两断头的钢帘线分别放入钢帘线固定夹持板4.4的钢帘线限位固定端半圆孔4.5上，并调整两断头钢帘线的距离，使两断头钢帘线的断头部接触，然后控制第一气缸4.2和第二气缸4.6的活塞杆下移，从而带动第一钢帘线移动夹持板4.7和第二钢帘线移动夹持板4.8下移，进而使两个钢帘线限位移动端半圆孔4.3与对应的钢帘线限位固定端半圆孔4.5扣合，此时两个钢帘线限位移动端半圆孔4.3与对应的钢帘线限位固定端半圆孔4.5将两断头钢帘线夹紧定位；
步骤2：调节激光头6.1的工位，使激光头6.1射出激光对准两断头钢帘线的断头焊接部，即射出激光的焦点对准两断头钢帘线的断头焊接部；
步骤3：启动激光器6，对两断头钢帘线的断头部进行激光焊接，通过控制激光器6的输出功率保证两断头钢帘线的断头焊接部的焊接温度在1100℃～1200℃，且激光器6以5m/min焊接速度进行激光焊接；上述温度范围为钢帘线用高碳钢的熔合温度，采用上述温度范围进行融合焊接，能保证焊点的质量稳定；
步骤4：步骤3中激光器6以5m/min焊接速度进行激光焊接后，控制激光器6的输出功率进行回火操作，使两断头钢帘线的断头焊接部达到回火温度580℃～620℃，并保温8～15s，即完成钢帘线的激光焊接，上述回火温度和保温时间能进一步保证焊点的质量稳定。
上述技术方案的步骤3中，在启动激光器6的同时，开启保护气体发生器7，对两断头钢帘线的断头焊接部喷射焊接保护气体，即惰性气体，防止焊接时氧化。
上述技术方案中，激光器6选用锐科550W光纤激光器，它的激光波长为1.064μm，输出能量为100J，激光额定平均功率为550W，最大激光输出功率为620W，脉冲频率为0.1～150Hz连续可调，脉冲宽度为0.3～20ms连续可调，光束发散角≤8mrad，能量不稳定度≤±2.5％。
上述技术方案的步骤2中，通过控制器5调整龙门机构3的执行台3.1的工位，即控制器5控制龙门机构3执行台3.1的X轴(水平方向)、Y轴(水平方向)和Z轴(垂直方向)位置，使激光头6.1射出激光的焦点与两断头钢帘线的断头焊接部重合(激光头6.1与两断头钢帘线的断头焊接部的相对位置调节量较大时，要调节支架的Z轴位置)。
上述技术方案的步骤2中，当龙门机构3的调整依然没有使焦点对准时，可通过调节激光器6内反射镜和/或聚焦镜的位置，对焦点进行微调。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种钢帘线的激光焊接装置，其特征在于：它包括操作台(1)、控制器(5)、激光器(6)、设置在操作台(1)面板顶部的旋转机构(2)、位于操作台(1)顶端的龙门机构(3)、设置在旋转机构(2)旋转平台上的钢帘线激光焊接夹持机构(4)，其中，所述龙门机构(3)的执行台(3.1)上安装有激光器(6)的激光头(6.1)，所述激光头(6.1)与钢帘线激光焊接夹持机构(4)相配合，且激光头(6.1)位于钢帘线激光焊接夹持机构(4)的上方，所述控制器(5)的第一控制信号输出端连接龙门机构(3)的控制信号输入端，控制器(5)的第二控制信号输出端连接激光器(6)的控制信号输入端，控制器(5)的第三控制信号输出端连接旋转机构(2)的控制信号输入端，控制器(5)的第四控制信号输出端连接钢帘线激光焊接夹持机构(4)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的钢帘线的激光焊接装置，其特征在于：所述钢帘线激光焊接夹持机构(4)包括第一气缸(4.2)、第二气缸(4.6)、固定在旋转机构(2)旋转平台上一侧的气缸固定板(4.1)、固定在旋转机构(2)旋转平台上另一侧的钢帘线固定夹持板(4.4)、与钢帘线固定夹持板(4.4)匹配的第一钢帘线移动夹持板(4.7)和第二钢帘线移动夹持板(4.8)、控制第一气缸(4.2)和第二气缸(4.6)运动的气缸控制器(4.9)，其中，所述第一气缸(4.2)的缸体固定在气缸固定板(4.1)的一侧，第二气缸(4.6)的缸体固定在气缸固定板(4.1)的另一侧，第一气缸(4.2)的活塞杆上固定第一钢帘线移动夹持板(4.7)，第二气缸(4.6)的活塞杆上固定第二钢帘线移动夹持板(4.8)，所述钢帘线固定夹持板(4.4)上开设有钢帘线限位固定端半圆孔(4.5)，所述第一钢帘线移动夹持板(4.7)和第二钢帘线移动夹持板(4.8)上均开设有与钢帘线限位固定端半圆孔(4.5)匹配的钢帘线限位移动端半圆孔(4.3)。
3.根据权利要求2所述的钢帘线的激光焊接装置，其特征在于：所述控制器(5)的第四控制信号输出端连接气缸控制器(4.9)的控制信号输入端。
4.根据权利要求2所述的钢帘线的激光焊接装置，其特征在于：所述钢帘线固定夹持板(4.4)上还设有尺寸刻度。
5.根据权利要求1所述的钢帘线的激光焊接装置，其特征在于：它还包括保护气体发生器(7)，所述保护气体发生器(7)的出气口(7.1)垂直面向激光头(6.1)的激光射出口，所述控制器(5)的第五控制信号输出端连接保护气体发生器(7)的控制信号输入端。
6.一种利用权利要求2所述钢帘线的激光焊接装置进行钢帘线激光焊接的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将两断头的钢帘线分别放入钢帘线固定夹持板(4.4)的钢帘线限位固定端半圆孔(4.5)上，并调整两断头钢帘线的距离，使两断头钢帘线的断头部接触，然后控制第一气缸(4.2)和第二气缸(4.6)的活塞杆下移，从而带动第一钢帘线移动夹持板(4.7)和第二钢帘线移动夹持板(4.8)下移，进而使两个钢帘线限位移动端半圆孔(4.3)与对应的钢帘线限位固定端半圆孔(4.5)扣合，此时两个钢帘线限位移动端半圆孔(4.3)与对应的钢帘线限位固定端半圆孔(4.5)将两断头钢帘线夹紧定位；
步骤2：调节激光头(6.1)的工位，使激光头(6.1)射出激光对准两断头钢帘线的断头焊接部；
步骤3：启动激光器(6)，对两断头钢帘线的断头部进行激光焊接，通过控制激光器(6)的输出功率保证两断头钢帘线的断头焊接部的焊接温度在1100℃～1200℃，且激光器(6)以4～6m/min焊接速度进行激光焊接；
步骤4：步骤3中激光器(6)以4～6m/min焊接速度进行激光焊接后，控制激光器(6)的输出功率进行回火操作，使两断头钢帘线的断头焊接部达到回火温度580℃～620℃，并保温8～15s，即完成钢帘线的激光焊接。
7.根据权利要求6所述的钢帘线激光焊接方法，其特征在于：所述步骤3中，在启动激光器(6)的同时，开启保护气体发生器(7)，对两断头钢帘线的断头焊接部喷射焊接保护气体。
8.根据权利要求6所述的钢帘线激光焊接方法，其特征在于：所述步骤2中通过控制器5调整龙门机构3的执行台3.1的工位，来调整激光头(6.1)的工位。
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