CN105499805A - 一种智能激光焊接系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能激光焊接系统以及工作方法，所述的智能激光焊接系统，包括激光器、辅助机械装置、智能检测装置和智能控制装置，其中，所述激光器和智能检测装置安装在辅助机械装置上；所述激光器、辅助机械装置和智能检测装置与智能控制装置电性连接。应用该系统进行的激光焊接金属结构的方法，包括以下步骤：1）对金属结构的待焊接的区域进行打磨；2）采用激光作为焊接热源，激光器对所述金属结构进行焊接；3）焊接同时利用智能检测装置对焊接质量进行实时监控。能够高效、高质量对进行金属结构的焊接，以提升建筑等金属结构的焊接质量，可实现大数据化、智能化、实时监控焊接。

Description

一种智能激光焊接系统及其工作方法

技术领域

本发明属于金属材料的焊接技术领域，尤其涉及一种智能激光焊接系统以及应用该系统激光焊接金属结构的方法，特别但不限于建筑外围护结构中金属材料的焊接。

背景技术

在建筑外围护系统等多种金属结构中，金属屋面是一种以常用金属为材料，以不同的构造为结构体系，并结合保温隔热、防水、吸音等材料的新型组合屋面。金属墙面板属于房屋的结构性板材，金属外围护系统行业融合了多个学科和多项先进技术和工艺，综合性能非常强。如何能及时高效的跟进新材料、新技术和新工艺也是我们面临的挑战。

焊接是钢结构最主要的连接方式，在建筑外围护系统中,涉及多种金属材料的焊接连接，如天沟的连接、檩条的连接、屋面板的连接等。焊接的有效设计和施工直接影响了工程造价、工程质量、使用寿命、维修成本。

其中，使用最多的是手工焊条电弧焊和钨极气体保护焊（如钨极氩弧焊）。而且普通的焊接方式都存在焊接速度慢、不美观、难以机械化发展和功率较低等缺憾。追求更高的焊缝深宽比、更美观高质量的焊缝形貌和更高效以及智能化的焊接方式已渐成趋势。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种智能激光焊接系统以及应用该系统的激光焊接金属结构的方法，能够高效、高质量对进行金属结构的焊接，以提升建筑等金属结构的焊接质量，可实现大数据化、智能化、实时监控焊接。

技术方案：一种智能激光焊接系统，包括激光器、辅助机械装置、智能检测装置和智能控制装置，其中，所述激光器和智能检测装置安装在辅助机械装置上；所述激光器、辅助机械装置和智能检测装置与智能控制装置电性连接。本发明所述的智能激光焊接系统，其结构简单，设计合理，易于生产。其中采用激光作为焊接热源，对金属材料进行焊接。可以对不锈钢板、铝合金板、锌板、镀铝锌板、铝镁合金板、钛合金板、铜板等常用外围护金属材料的不同结构进行加工，适用性广。由于激光焊接功率密度高，加工速度快，没有力的作用，整个工件的热输入量小，激光冷却迅速，柔性高、加工轨迹精确。可以得到美观、高效、高质、无磨损、深宽比大、变形小、易于自动化生产的焊接产品。而辅助机械装置包括机架、转动装置、位移装置，带动激光器进行运动，使用方便，可以高效辅助激光器进行焊接。此外，智能检测装置对重要位置的焊接可以配置上图像采集与处理系统的构建及特征参数的提取，通过对焊接图像进行采集和超声探伤，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈。能够高效、高质量对进行金属材料的焊接，以提升建筑外围护结构的焊接质量，可实现实时监控焊接。

进一步的，上述的智能激光焊接系统，还包括参数输入装置和数据库，所述参数输入装置和数据库与智能控制装置电性连接。可以在数据库中录入多种常用金属材料、结构的参数信息和焊接方案，构建不同金属材料的工艺数据库，生成编写相应程序，对相关材料进行焊接时就可以从数据库提取针对特定材料工艺数据生成相应的焊接方案，指令激光器和相关机械设备进行焊接操作。智能化程度高，且可实现大数据化。

进一步的，上述的智能激光焊接系统，还包括气体保护装置和CCD定位装置，其中所述气体保护装置内设有惰性气体发生器；所述气体保护装置和CCD定位装置与智能控制装置电性连接。CCD定位装置可以准确定位需要进行焊接的位置，保证焊接准确，保证焊接的质量。

进一步的，上述的智能激光焊接系统，所述激光器为脉冲光纤激光器或连续CO₂激光器或固体连续激光器。性能稳定，焊接效果好。

本发明还公开了一种激光焊接金属结构的方法，包括以下步骤：

1）对金属结构的待焊接的区域进行打磨；

2）采用激光作为焊接热源，激光器对所述金属结构进行焊接；

3）焊接同时利用智能检测装置对焊接质量进行实时监控。

本发明所述的激光焊接金属结构的方法，方法合理，首先对金属材料的带焊接区域进行预处理，将材料根据图纸装备好，最后采用激光作为焊接热源，对金属材料进行焊接。能够高效、高质量对进行金属材料的焊接，以提升焊接结构的焊接质量。

进一步的，上述的激光焊接金属结构的方法，在对所述金属结构的待焊接的区域进行打磨处理之后，用丙酮或乙醇对所述金属结构待焊接区域进行清洗，去除表面的油污和杂物。使焊接效果更好。

进一步的，上述的激光焊接金属结构的方法，在焊接过程中，充入惰性气体，对焊缝进行保护。其中所述惰性气体可以为氩气或氦气的一种或两种，可以提高焊接过程的安全性。

进一步的，上述的激光焊接金属结构的方法，在进行焊接之前，利用CCD定位装置对所述金属结构的待焊接区域进行定位；

定位后，开启气体保护装置和激光器，对所述金属结构待焊接的区域进行焊接；焊接过程中，600-10600nm，输出激光的功率光斑直径比为1000-8000w/mm，激光扫描线速度为8-300mm/s；惰性气体的流量在5-15L/min，惰性气体发生器喷嘴与待焊接的区域表面的距离为4-20mm。条件温和，易于实现。

进一步的，上述的激光焊接金属结构的方法，所述智能检测装置内设有高速相机，对焊接位置进行图像采集和超声探伤，并反馈给智能控制装置进行特征参数的提取，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈。对于重要的焊接位置可以配置上图像采集与处理系统的构建及特征参数的提取，利用高速相机对焊接图像进行采集和超声探伤，保证焊接的质量。

进一步的，上述的激光焊接金属结构的方法，通过参数输入装置输入金属结构性能参数，传输给智能控制装置与数据库中工艺数据进行比对，并反馈给智能控制装置控制激光器、辅助机械装置、智能检测装置、气体保护装置和CCD定位装置进行焊接。可以根据规范和统计数据建立工艺数据库，对相关材料进行焊接时就可以从数据库提取针对特定材料工艺数据生成编写相应程序，生产相应的焊接方案，指令激光器和相关机械设备进行焊接操作，自动化程度高，减少人工劳动量，提高了工作效率，实现焊接过程的自动化。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的智能激光焊接系统，其结构简单，设计合理，易于生产，使用方便，焊接质量高、效率高，安全性高且适用性广。本发明所述的智能激光焊接系统的工作方法，能够高效、高质量对进行金属材料的焊接，可实现大数据化、智能化、实时监控焊接。

附图说明

图1为本发明所述的智能激光焊接系统的示意图；

图2为本发明所述的激光焊接金属结构的方法的流程图；

图3为本发明所述的实施例一焊接区域施工图；

图4-5为本发明所述的实施例二焊接区域施工图；

图6为本发明所述的实施例三焊接区域施工图。

图中：1激光器、2辅助机械装置、3智能检测装置、4智能控制装置、5参数输入装置、6数据库、7气体保护装置、8CCD定位装置、9焊接区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示的智能激光焊接系统，包括激光器1、辅助机械装置2、智能检测装置3、智能控制装置4、参数输入装置5、数据库6、气体保护装置7和CCD定位装置8。其中，所述激光器1为脉冲光纤激光器或连续CO₂激光器或固体连续激光器的任意一种，所述气体保护装置7内设有惰性气体发生器。并且所述激光器1和智能检测装置3安装在辅助机械装置2上；所述激光器1、辅助机械装置2、智能检测装置3、参数输入装置5、数据库6、气体保护装置7和CCD定位装置8均与智能控制装置4电性连接。

本发明还公开了一种激光焊接金属结构的方法，如图2所示，包括以下步骤：

1）对金属结构的待焊接的区域进行打磨；

2）根据设计图纸要求将金属结构进行有效的搭接等处理，采用激光作为焊接热源，通过激光器1对所述金属结构进行焊接；

3）焊接同时利用智能检测装置3对焊接质量进行实时监控。

上述方法焊接的金属结构可以是不锈钢板、铝合金板、锌板、镀铝锌板、铝镁合金板、钛合金板、铜板等常用外围护金属材料。金属材料的形状和搭接的位置和方式根据设计图纸确定。为了安全、高质量的实现对建筑外围护结构中金属材料的焊接，本发明在金属材料焊接之前需要对其进行预处理，具体处理过程如下：

步骤1）中对金属结构的待焊接的区域进行打磨时，只需轻微打磨即可。打磨后，可以用丙酮或乙醇进行清洗，以去除油污和杂质。

步骤2）中根据工程设计图纸进行材料的安装和搭接。焊接时采用的激光模式可以是连续，也可以是脉冲。激光波长包括600-10600nm等多种波段的激光。优选地，在焊接过程中，可以充入氩气、氦气等惰性气体，对焊缝进行保护。

步骤3）中重要位置的焊接可以配置上图像采集与处理系统的构建及特征参数的提取，利用高速相机对焊接图像进行采集和超声探伤，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈。

具体的焊接过程，包括以下步骤：

将需要进行加工的金属结构的材料，形状等性能参数通过参数输入装置5输入，与数据库6数据进行比对，通过智能控制装置4处理后生成相应的焊接方案。

利用CCD定位装置8对待焊接区域进行定位；

定位后，开启气体保护装置7和激光器1，对所述金属结构待焊接的区域进行焊接；焊接过程中，激光波长600-10600nm，输出激光的功率光斑直径比为1000-8000w/mm，激光扫描线速度为8-300mm/s；惰性气体的流量在5-15L/min，惰性气体发生器喷嘴与待焊接的区域表面的距离为4-20mm。激光焊接的精准度高，对其他区域的热影响小，自动化程度高，可以有效的将金属材料焊接在一起。采用上述方法产生的焊缝美观、可满足较高质量和深宽比的要求。

下面，列举几个具体的实施例，对本发明提供的建筑外围护结构用金属材料的焊接方法的实现原理及过程进行详细说明：

实施例一

针对铝镁锰屋面板的焊接如图3所示。

第一步，将铝镁锌屋面板按照设计图纸要求的焊接区域9的焊接面进行打磨，然后用丙酮清洗侧面，以去除表面油污；

第二步，用CCD定位装置8对搭接后的不锈钢管的待封装端进行定位，采用波长为1080nm的脉冲光纤激光器1，并开启氩气保护气体进行焊接；焊接时，激光频率为10K，以输出功率光斑直径比为1000w/mm，扫描线速度为8mm/s焊接，保护气体为氩气，其流量为10L/min，保护气喷嘴距离加工上表面4mm；

第三步，利用高速相机对焊接图像进行采集和超声探伤，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈，若出现问题及时修补。

第四步，关闭激光器及保护气体，完成焊接。

实施例二

针对天沟的对接焊接，如图4-5所示。

第一步，将不锈钢天沟要焊接区域9的对接的区域打磨一遍，并用丙酮清洗干净。

第二步，根据图纸设计要求对接两块不锈钢板材。

第三步，用CCD定位装置8对对接后的不锈钢板的待焊接处进行定位，采用波长为10600nm的连续CO₂激光器1，并开启氩气、氦气混合保护气体进行焊接；焊接时，以输出功率光斑直径比为8000w/mm，扫描线速度为300mm/s焊接，保护气体流量为15L/min，保护气喷嘴距离加工上表面20mm；

第四步，利用高速相机对焊接图像进行采集和超声探伤，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈，若出现问题及时修补。

第五步，关闭激光器及保护气体，完成焊接。

实施例三

屋面檩条的焊接方式如图6所示。

第一步，根据图纸要求，将焊接区域9焊接接触面进行打磨处理，然后用丙酮清洗侧面，以去除表面油污；

第二步，用CCD定位装置8对装夹后的不锈钢管的待封装端进行定位，采用波长为600nm的固体连续激光器1，并开启保护气体进行焊接；以输出功率光斑直径比为1666w/mm，扫描线速度为25mm/s焊接，焊接时，保护气体为氩气，其流量为5L/min，保护气喷嘴距离加工上表面12mm；

第三步，利用高速相机对焊接图像进行采集和超声探伤，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈，若出现问题及时修补。

第四步，关闭激光器及保护气体，完成焊接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能激光焊接系统，其特征在于：包括激光器（1）、辅助机械装置（2）、智能检测装置（3）和智能控制装置（4），其中，所述激光器（1）和智能检测装置（3）安装在辅助机械装置（2）上；所述激光器（1）、辅助机械装置（2）和智能检测装置（3）与智能控制装置（4）电性连接。

2.根据权利要求1所述的智能激光焊接系统，其特征在于：还包括参数输入装置（5）和数据库（6），所述参数输入装置（5）和数据库（6）与智能控制装置（4）电性连接。

3.根据权利要求2所述的智能激光焊接系统，其特征在于：还包括气体保护装置（7）和CCD定位装置（8），其中所述气体保护装置（7）内设有惰性气体发生器；所述气体保护装置（7）和CCD定位装置（8）与智能控制装置（4）电性连接。

4.根据权利要求1所述的智能激光焊接系统，其特征在于：所述激光器（1）为脉冲光纤激光器或连续CO₂激光器或固体连续激光器。

5.一种激光焊接金属结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）对金属结构的待焊接的区域进行打磨；

2）采用激光作为焊接热源，激光器（1）对所述金属结构进行焊接；

3）焊接同时利用智能检测装置（3）对焊接质量进行实时监控。

6.根据权利要求5所述的激光焊接金属结构的方法，其特征在于：在对所述金属结构的待焊接的区域进行打磨处理之后，用丙酮或乙醇对所述金属结构待焊接区域进行清洗，去除表面的油污和杂物。

7.根据权利要求5所述的激光焊接金属结构的方法，其特征在于：在焊接过程中，充入惰性气体，对焊缝进行保护。

8.根据权利要求7所述的激光焊接金属结构的方法，其特征在于：在进行焊接之前，利用CCD定位装置（8）对所述金属结构的待焊接区域进行定位；

定位后，开启气体保护装置（7）和激光器（1），对所述金属结构待焊接的区域进行焊接；焊接过程中，所述激光器波长的选用范围为：600-10600nm，输出激光的功率光斑直径比为1000-8000w/mm，激光扫描线速度为8-300mm/s；惰性气体的流量在5-15L/min，惰性气体发生器喷嘴与待焊接的区域表面的距离为4-20mm。

9.根据权利要求5所述的激光焊接金属结构的方法，其特征在于：所述智能检测装置（3）内设有高速相机，对焊接位置进行图像采集和超声探伤，并反馈给智能控制装置（4）进行特征参数的提取，及时定位焊接位置并对焊缝质量实时反馈。

10.根据权利要求5所述的激光焊接金属结构的方法，其特征在于：通过参数输入装置（5）输入金属结构性能参数，传输给智能控制装置（4）与数据库（6）中工艺数据进行比对，并反馈给智能控制装置（4）控制激光器（1）、辅助机械装置（2）、智能检测装置（3）、气体保护装置（7）和CCD定位装置（8）进行焊接。