CN105728942B - 一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法 - Google Patents

一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法 Download PDF

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Abstract

一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，本发明涉及一种激光加工装置及方法，本发明为了解决现有技术中还没有出现在焊接过程引入随焊自动合金化的模式下实现真空激光填丝焊接的装置以及利用该装置实现激光填丝的方法，它包括激光器、激光加工头、真空室组件、送丝组件、抽真空机构、水冷循环机构和数字化控制机构，真空室组件设置在抽真空机构上，激光加工头设置在真空室组件的上方，送丝组件安装在真空室组件内，激光器通过光纤线与激光加工头连接，水冷循环机构的水冷循环管安装在真空室组件的顶端上，激光器和水冷循环机构靠近抽真空机构设置，数字化控制机构分别通过电缆线与真空室组件、送丝组件和抽真空机构连接。本发明属真空激光加工范畴。

Description

一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法
技术领域
本发明涉及一种激光填丝加工装置及填丝方法，本发明涉及一种在真空条件下进行激光填丝焊接、修复和增材制造的装置及方法，属真空激光加工范畴。
背景技术
激光焊接因其高功率密度、焊接及冷却速度快、热影响区小和易于实现自动化等优势被广泛应用于航空、航天、石油和化工等众多工业领域。近年来由于工业激光器的飞速发展，大功率和高品质的激光器被广泛应用在激光焊接领域。为避免大功率激光焊接过程中等离子体对焊接过程的干扰和提高激光焊接品质，近年来真空激光焊接技术应运而生。真空激光焊接结合了激光焊接和真空加工的双重优势，同时相比电子束焊接不需要极高的真空度和射线防护，因此真空激光焊接备受关注，是一种未来一种极具发展前景的加工技术。
公开号为CN105252143A的专利和公开号为CN105269147A的专利公布了用于真空激光焊接的装置和使用真空激光焊接装置进行真空激光焊接的方法。那么在真空激光自熔焊的基础上，如果在焊接过程引入随焊自动合金化的模式，从而实现真空激光填丝焊接，将为真空激光加工提供一种新的思路和技术途径。但现有技术中还没有出现解决此类问题的装置及利用该装置进行激光填丝焊接的方法。
发明内容
本发明为了解决现有技术中还没有出现在焊接过程引入随焊自动合金化的模式下实现真空激光填丝焊接的装置以及利用该装置实现激光填丝的方法，进而提供一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括激光器、激光加工头、真空室组件、送丝组件、抽真空机构、水冷循环机构和数字化控制机构，真空室组件设置在抽真空机构上，激光加工头设置在真空室组件的上方，送丝组件安装在真空室组件内，激光器通过光纤线与激光加工头连接，水冷循环机构的水冷循环管安装在真空室组件的顶端上，激光器和水冷循环机构靠近抽真空机构设置，数字化控制机构分别通过电缆线与真空室组件、送丝组件和抽真空机构连接。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、打开舱门，将待加工工件置于工作台5上，利用激光器发试校红光试校激光路径，调节送丝嘴组件的位置，使得送丝嘴至送丝所需的角度；
步骤二、关闭舱门，启动水冷循环机构；
步骤三、关闭放气阀，打开抽气阀，打开抽真空机构，抽真空控制单元控制抽真空机构对真空室箱体抽取真空；
步骤四、通过送丝控制单元设定送丝速度，平台运动控制单元设定工作台运动速度，激光器设定输出激光参数；
步骤五、当真空度达到加工过程所需真空度至6.6×10-4Pa标准大气压时，关闭放气阀，协同控制激光器，送丝控制单元和平台运动控制单元，完成真空激光填丝加工过程；
步骤六、加工完成后，打开放气阀，并关闭水冷循环机构，待真空室箱体内达到标准大气压后，打开舱门，取出工件，完成激光填丝加工。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将送丝组件4安装在真空室组件3内，实现真空激光填丝加工。在焊接过程引入随焊自动合金化的模式，从而实现真空激光填丝焊接，为真空激光加工提供一种新的思路和技术途径；2、真空激光填丝焊接不仅可以解决真空激光自熔焊合金元素烧损，实现真空激光焊接的合金化，还可以用于异种材料的真空激光焊接。3、本发明可实现包括真空填丝激光焊接、真空激光增材制造和真空激光修复等多种真空激光加工过程；4、本发明配有水冷循环机构6可保证真空激光填丝加工装置长时间稳定工作。5、本发明配有数字化控制机构7，可以实现激光输出，焊丝送进和平台移动的协同数字化控制。
附图说明
图1为本发明所述的整体结构示意图；
图2为真空室结构主视图及送丝组件示意图；
图3为真空室结构俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，它包括激光器1、激光加工头2、真空室组件3、送丝组件4、抽真空机构5、水冷循环机构6和数字化控制机构7，真空室组件3设置在抽真空机构5上，激光加工头2设置在真空室组件3的上方，送丝组件4安装在真空室组件3内，激光器1通过光纤线与激光加工头2连接，水冷循环机构6的水冷循环管安装在真空室组件3的顶端上，激光器1和水冷循环机构6靠近抽真空机构5设置，数字化控制机构7分别通过电缆线与真空室组件3、送丝组件4和抽真空机构5连接。
本实施方式中激光器1为工业激光器，可以为用于工业激光加工的CO2激光器，光纤激光器或碟片激光器等。
所述激光加工头2为工业激光加工头，如：德国PRECTICE YW52激光加工头。
送丝组件4置于真空室组件3内部，送丝组件4通过电缆线与数字化控制机构7连接，并受数字化控制机构7控制。
具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，所述真空室组件3包括真空室箱体、激光透射镜片3-1、防飞溅镜片3-2、密封圈3-3、工作台3-5、放气阀3-6、抽气阀3-7和舱门3-9，真空室箱体的顶端加工有激光投射窗口，激光透射镜片3-1通过密封圈3-3水平密封安装在激光投射窗口上，激光透射镜片3-1的边缘处设有水冷通道3-4，水冷循环机构6与水冷通道3-4连通，水平防飞溅镜片3-2设置在激光透射镜片3-1的下方，且水平防飞溅镜片3-2安装在激光投射窗口处，工作台3-5设置在防飞溅镜片3-2的下方，且工作台3-5安装在真空室箱体底端的内侧壁上，放气阀3-6密封固定安装在真空室箱体的外侧壁上并与真空室箱体连通，抽气阀3-7面密封固定安装在真空室箱体的外侧壁上并与真空室箱体连通，舱门3-9密封安装在真空室箱体的侧壁上，真空室箱体上加工有电缆线接口3-8，工作台3-5位于真空室箱体内部，用于被加工工件的装夹，固定和运动，工作台3-5的运动受数字化控制机构7控制。水冷通道3-4位于激光透射镜片3-1周围，并且水冷通道3-4与水冷循环机构6连接。水冷循环的目的是降低激光透射镜片3-1的工作温度，防止激光透射镜片3-1畸变，保证透光率，保证激光加工的过程的稳定，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，所述送丝组件4包括送丝机4-1、送丝嘴组件4-2和送丝管4-3，送丝机4-1安装在真空室箱体的内侧壁上，送丝嘴组件4-2固定安装在真空室箱体顶端的内侧壁上，送丝管4-3的一端设置在送丝机4-1上，送丝管4-3的另一端设置在送丝嘴组件4-2上，其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，所述送丝嘴组件4-2包括磁力吸座4-4、第一连接板4-5、第二连接板4-6、旋转连接螺栓4-7、连杆4-8、可旋转套筒4-9和送丝嘴4-10，磁力吸座4-4固定在真空室箱体顶端的内侧壁上，第一连接板4-5竖直安装在磁力吸座4-4的底端面上，第二连接板4-6通过旋转连接螺栓4-7与第一连接板4-5转动连接，连杆4-8的一端与第二连接板4-6的一端固定连接，且第二连接板4-6沿长度方向的中心线与连杆4-8的轴线重合，送丝嘴4-10安装在可旋转套筒4-9上，可旋转套筒4-9固定安装在连杆4-8上，第一连接板4-5和第二连接板4-6之间的角度均可调，可旋转套筒4-9的两个套环分别套在连杆4-8和送丝嘴4-10上，且套入位置和角度均可调节，来保证合适的送丝角度使得整个组件有较高的自由度。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，所述数字化控制机构7包括送丝控制单元7-1、平台运动控制单元7-2和抽真空控制单元7-3，送丝控制单元7-1通过电缆线与送丝机4-1连接，平台运动控制单元7-2通过电缆线与工作台3-5连接，抽真空控制单元7-3与抽真空机构5连接，且送丝控制单元7-1上的电缆线与平台运动控制单元7-2上的电缆线均穿过电缆线接口3-8，送丝控制单元7-1与送丝机4-1相连，实现对送丝组件4的供电和控制，可以通过送丝控制单元7-1设定送丝组件的送丝速度和送丝开始于停止，平台运动控制单元7-2与工作台3-5连接，并实现对工作台3-5的供电和控制。可以通过平台运动控制单元7-2调节工作台3-5的运动速度，并实现工作台3-5的运动和停止。还以实现工作台3-5的点进和点退，用于激光加工的试校过程，抽真空控制单元7-3控制抽真空机构5的启停，并实时显示真空室箱体内部的真空，送丝控制单元7-1，平台运动控制单元7-2和激光器1之间可以联合控制，实现运动，送丝和出光的一体化控制，其它与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式六：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种真空激光填丝加工装置及真空激光填丝方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、打开舱门3-9，将待加工工件置于工作台3-5上，利用激光器1发试校红光试校激光路径，调节送丝嘴组件4-2的位置，使得送丝嘴4-10至送丝所需的角度；
步骤二、关闭舱门3-9，启动水冷循环机构6；
步骤三、关闭放气阀3-6，打开抽气阀3-7，打开抽真空机构5，抽真空控制单元7-3控制抽真空机构5对真空室箱体抽取真空；
步骤四、通过送丝控制单元7-1设定送丝速度，平台运动控制单元7-2设定工作台运动速度，激光器设定输出激光参数；
步骤五、当真空度达到加工过程所需真空度至6.6×10-4Pa标准大气压时，关闭放气阀3-6，协同控制激光器1，送丝控制单元7-1和平台运动控制单元7-2，完成真空激光填丝加工过程，包括真空激光填丝焊接，真空激光修复和真空激光增材制造；
步骤六、加工完成后，打开放气阀3-6，并关闭水冷循环机构6，待真空室箱体内达到标准大气压后，打开舱门3-9，取出工件，完成激光填丝加工。

Claims (2)

1.一种真空激光填丝加工装置，它包括激光器（1）、激光加工头（2）、抽真空机构（5）和数字化控制机构（7），其特征在于：它还包括真空室组件（3）、送丝组件（4）和水冷循环机构（6），所述送丝组件（4）包括送丝机（4-1）、送丝嘴组件（4-2）和送丝管（4-3），所述送丝嘴组件（4-2）包括磁力吸座（4-4）、第一连接板（4-5）、第二连接板（4-6）、旋转连接螺栓（4-7）、连杆（4-8）、可旋转套筒（4-9）和送丝嘴（4-10），所述真空室组件（3）包括真空室箱体、激光透射镜片（3-1）、防飞溅镜片（3-2）、密封圈（3-3）、工作台（3-5）、放气阀（3-6）、抽气阀（3-7）和舱门（3-9），所述数字化控制机构（7）包括送丝控制单元（7-1）、平台运动控制单元（7-2）和抽真空控制单元（7-3），真空室组件（3）设置在抽真空机构（5）上，激光加工头（2）设置在真空室组件（3）的上方，送丝组件（4）安装在真空室组件（3）内，激光器（1）通过光纤线与激光加工头（2）连接，水冷循环机构（6）的水冷循环管安装在真空室组件（3）的顶端上，激光器（1）和水冷循环机构（6）靠近抽真空机构（5）设置，数字化控制机构（7）分别通过电缆线与真空室组件（3）、送丝组件（4）和抽真空机构（5）连接，送丝机（4-1）安装在真空室箱体的内侧壁上，送丝嘴组件（4-2）固定安装在真空室箱体顶端的内侧壁上，送丝管（4-3）的一端设置在送丝机（4-1）上，送丝管（4-3）的另一端设置在送丝嘴组件（4-2）上，磁力吸座（4-4）固定在真空室箱体顶端的内侧壁上，第一连接板（4-5）竖直安装在磁力吸座（4-4）的底端面上，第二连接板（4-6）通过旋转连接螺栓（4-7）与第一连接板（4-5）转动连接，连杆（4-8）的一端与第二连接板（4-6）的一端固定连接，且第二连接板（4-6）沿长度方向的中心线与连杆（4-8）的轴线重合，送丝嘴（4-10）安装在可旋转套筒（4-9）上，可旋转套筒（4-9）固定安装在连杆（4-8）上，真空室箱体的顶端加工有激光投射窗口，激光透射镜片（3-1）通过密封圈（3-3）水平密封安装在激光投射窗口上，激光透射镜片（3-1）的边缘处设有水冷通道（3-4），水冷循环机构（6）与水冷通道（3-4）连通，水平防飞溅镜片（3-2）设置在激光透射镜片（3-1）的下方，且水平防飞溅镜片（3-2）安装在激光投射窗口处，工作台（3-5）设置在防飞溅镜片（3-2）的下方，且工作台（3-5）安装在真空室箱体底端的内侧壁上，放气阀（3-6）密封固定安装在真空室箱体的外侧壁上并与真空室箱体连通，抽气阀（3-7）面密封固定安装在真空室箱体的外侧壁上并与真空室箱体连通，舱门（3-9）密封安装在真空室箱体的侧壁上，真空室箱体上加工有电缆线接口（3-8），送丝控制单元（7-1）通过电缆线与送丝机（4-1）连接，平台运动控制单元（7-2）通过电缆线与工作台（3-5）连接，抽真空控制单元（7-3）与抽真空机构（5）连接，且送丝控制单元（7-1）上的电缆线与平台运动控制单元（7-2）上的电缆线均穿过电缆线接口（3-8）。
2.一种利用权利要求1所述一种真空激光填丝加工装置的真空激光填丝方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、打开舱门（3-9），将待加工工件置于工作台（3-5）上，利用激光器（1）发试校红光试校激光路径，调节送丝嘴组件（4-2）的位置，使得送丝嘴（4-10）至送丝所需的角度；
步骤二、关闭舱门（3-9），启动水冷循环机构（6）；
步骤三、关闭放气阀（3-6），打开抽气阀（3-7），打开抽真空机构（5），抽真空控制单元（7-3）控制抽真空机构（5）对真空室箱体抽取真空；
步骤四、通过送丝控制单元（7-1）设定送丝速度，平台运动控制单元（7-2）设定工作台运动速度，激光器设定输出激光参数；
步骤五、当真空度达到加工过程所需真空度至6.6×10-4Pa标准大气压时，关闭放气阀（3-6），协同控制激光器（1），送丝控制单元（7-1）和平台运动控制单元（7-2），完成真空激光填丝加工过程；
步骤六、加工完成后，打开放气阀（3-6），并关闭水冷循环机构（6），待真空室箱体内达到标准大气压后，打开舱门（3-9），取出工件，完成激光填丝加工。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
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CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chen Yanbin

Inventor after: Jiang Meng

Inventor after: Tao Wang

Inventor after: Jiang Zhenguo

Inventor after: Su Xuan

Inventor after: Wang Shuliang

Inventor after: Hao Yu

Inventor before: Tao Wang

Inventor before: Jiang Meng

Inventor before: Chen Yanbin

Inventor before: Wang Shuliang

Inventor before: Hao Yu

Inventor before: Jiang Zhenguo

Inventor before: Su Xuan