CN106271138A - 一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置及其焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置及其焊接工艺，其可有效消除因为焊接母材的差异、焊接焦点位置的差异、保护气流量的差异、焊接排风流量的差异等所带来的焊缝质量的差异，其包括激光发生器，所述激光发生器与控制器相连接，所述控制器还连接有红外温度传感器，所述激光发生器传输连接激光耦合器，所述激光耦合器通过扩束镜、聚焦镜后聚焦于焊接工件上，所述红外温度传感器设置于靠近所述焊接工件的聚焦点处。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体为一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置及其工艺。
背景技术
激光是受激发射光，是利用辐射激发光放大原理，使工作物质受激而产生一种单色性高、方向性好及高亮度的光，经透镜高度聚焦后，供给焊接所需的高功率密度热源；激光焊接是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件接缝所产生的热量进行焊接的方法，在激光焊接时，一般在激光器上设置好焊接能量波形，在不同的时间，输出不同的激光能量，而在焊接生产时，会由于不同种因素导致焊接质量的差异，如：1、在大批量生产时，对于同一批次的每一个焊接零件，输出的焊接能量波形是一样的，但是对于同一批次的相同零件，因为加工尺寸不一致性，会导致焊缝配合情况各不相同，而焊缝配合的差异，会导致吸收激光的差异；2、对于不同批次的零件，因为材料性能的差异，焊缝在吸收激光性能上也会有差异；3、焊接区域零件表面的清洁度不一样，焊接时产生的飞溅也会不一致；4、每个焊接零件相对于激光焦点的位置变化不一样，导致激光在焊接区域的能量密度不一样，会导致焊接熔池反应剧烈程度不一样，导致焊缝的差异；5、焊接时保护气的流量波动，会影响焊缝的保护气氛围，导致焊缝的差异；6、焊接时排风流量的不稳定，会影响焊缝的保护气保护区域和焊缝的冷却速度，导致焊缝的不一致性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置，其可有效消除因为焊接母材的差异、焊接焦点位置的差异、保护气流量的差异、焊接排风流量的差异等所带来的焊缝质量的差异，另外，本发明还提供了一种改善焊缝质量差异的激光焊接工艺。
其技术方案是这样的，一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置，其包括激光发生器，其特征在于：所述激光发生器与控制器相连接，所述控制器还连接有红外温度传感器，所述激光发生器传输连接激光耦合器，所述激光耦合器通过扩束镜、聚焦镜后聚焦于焊接工件上，所述红外温度传感器设置于靠近所述焊接工件的聚焦点处。
其进一步特征在于，所述控制器采用单片机控制器，所述控制器的显示接口连接有显示器，所述控制器的输出接口连接有两个指示灯。
采用上述焊接装置的焊接工艺，其特征在于：其包括以下工艺步骤：
（1）、激光发生器产生激光，经过光纤传输到激光耦合器，从激光耦合器里输出的激光经过扩束镜后变为平行光，平行光经过聚焦镜，聚焦于焊接工件上；
（2）、通过所述步骤（1），在焊接工件上形成有焊接匙孔，随着激光的移动，在焊接工件上形成焊接熔池，融化的金属经过冷却后形成焊缝；
（3）、设置于靠近所述焊接工件聚焦点处的红外温度传感器把测量焊接熔池的温度值传送给控制器，控制器根据反馈的温度值与设定的温度值比较，输出激光能量信号给激光发生器，随后激光发生器根据控制器送来的激光能量模信号，输出对应的激光能量。
其进一步特征在于：在所述步骤（3）中，其具体的控制步骤是：
（a）、系统初始化，设置温度爬坡曲线和温度设定值；
（b）、在焊接开始时，所述控制器根据一定的爬坡曲线设置输出激光能量信号，所述红外温度传感器反馈温度信号，刷新温度和状态显示；
（c）、如果焊接时间未达到200MS，或者测得的温度值未达到设定的焊接温度值，就返回所述步骤（b）中继续测量输出，否则就进行下一步；
（d）、红外温度传感器继续反馈温度信号，刷新温度和状态显示，根据设定的焊接温度，控制器利用PID调节输出需要的激光能量；
（e）、如果激光焊接时间到，控制器输出停止焊接信号，激光停止，否则返回所述步骤（d）中继续输出；
所述红外温度传感器聚焦于所述焊接熔池的根部，即距离所述焊接匙孔后方2mm~3mm位置处。
本发明的有益效果是，激光耦合器通过扩束镜、聚焦镜后聚焦于焊接工件上，红外温度传感器设置于靠近焊接工件的聚焦点处，则在焊接工件上会形成焊接匙孔，随着激光的移动，在焊接工件上形成焊接熔池，融化的金属经过冷却后形成焊缝，红外温度传感器可把测量焊接熔池的温度值传送给控制器，则控制器可根据反馈温度作出实时能量信号给激光耦合器，随后激光发生器根据控制器送来的激光能量模信号，输出对应的激光能量，从而有效控制焊接熔池的温度，并可有效的控制焊接质量，保证各零件的焊缝一致性，而通过反馈焊接熔池的温度，可以消除因为加工尺寸不一致，零件表面清洁度不一致、焊接母材的差异、焊接焦点位置的差异、保护气流量的差异、焊接排风流量的差异等所带来的焊缝质量的差异。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2 为本发明的电气控制原理图；
图3 为本发明的控制流程图。
具体实施方式
如图1~图3所示，一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置，包括激光发生器10，激光发生器10与控制器11相连接，控制器11和激光发生器10之间，通过输入输出接口，交换开始焊接和结束焊接信号，控制器11还连接有红外温度传感器5，红外温度传感器5可把测量的温度值以模拟量方式送给控制器11，激光发生器10经过光纤9传输连接激光耦合器8，激光耦合器8通过扩束镜7、聚焦镜6后聚焦于焊接工件2上，红外温度传感器5设置于靠近焊接工件2的聚焦点处，即聚焦于焊接工件2的聚焦点后方2mm~3mm位置处，以及激光发生器10的激光焊接时间至多200MS。
控制器11采用单片机控制器，控制器11的显示接口连接有显示器，可用于显示红外温度传感器5测量到的温度值；控制器11的输出接口连接有两个LED指示灯，一个是工作运行指示灯，另一个是故障指示灯。
采用上述焊接装置的焊接工艺，其包括以下工艺步骤：
（1）、激光发生器10产生激光，经过光纤9传输到激光耦合器8，从激光耦合器8里输出的激光经过扩束镜7后变为平行光，平行光经过聚焦镜6，聚焦于焊接工件2上；
（2）、通过步骤（1），在焊接工件2上形成有焊接匙孔3，随着激光的移动，在焊接工件2上形成焊接熔池4，融化的金属经过冷却后形成焊缝1；其中焊接匙孔3有利于材料对激光的吸收；红外温度传感器5测量焊接熔池4的温度
（3）、红外温度传感器5聚焦于焊接熔池4的根部，即距离焊接匙孔3后方2.5mm位置处，则红外温度传感器5把测量焊接熔池4的温度值以模拟量输入传送给控制器11，控制器11根据反馈的温度值与设定的温度值比较，输出激光能量信号给激光发生器10，随后激光发生器10根据控制器送来的激光能量模信号，输出对应的激光能量。
在步骤（3）中，其具体的控制步骤是：
（a）、系统初始化，设置温度爬坡曲线和温度设定值；
（b）、在焊接开始时，因为还没有形成焊接熔池4，红外温度传感器5测量的温度信号不是焊接熔池4的温度，则控制器11根据一定的爬坡曲线设置输出激光能量信号，其爬坡曲线具体为随着时间的延长，温度逐步升高的曲线，红外温度传感器5反馈温度信号，刷新温度和状态显示；
（c）、如果焊接时间未达到200MS，其是指爬坡时间最长为200MS，或者测得的温度值未达到设定的焊接温度值，就返回步骤（b）中继续测量输出，否则就进行下一步；
（d）、红外温度传感器5继续反馈温度信号，刷新温度和状态显示，根据设定的焊接温度，控制器11利用PID调节输出需要的激光能量；
（e）、如果激光焊接时间到，其激光焊接时间也就是以设置温度从开始焊接到焊接结束的时间，控制器11输出停止焊接信号，激光停止，否则返回步骤（d）中继续输出。
Claims (5)
1.一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置，其包括激光发生器，其特征在于：所述激光发生器与控制器相连接，所述控制器还连接有红外温度传感器，所述激光发生器传输连接激光耦合器，所述激光耦合器通过扩束镜、聚焦镜后聚焦于焊接工件上，所述红外温度传感器设置于靠近所述焊接工件的聚焦点处。
2.根据权利要求1所述的一种改善焊缝质量差异的激光焊接装置，其特征在于，所述控制器采用单片机控制器，所述控制器的显示接口连接有显示器，所述控制器的输出接口连接有两个指示灯。
3.采用如权利要求1所述的激光焊接装置的一种改善焊缝质量差异的激光焊接工艺，其特征在于：其包括以下工艺步骤：
（1）、所述激光发生器产生激光，经过光纤传输到所述激光耦合器，从所述激光耦合器里输出的激光经过所述扩束镜后变为平行光，所述平行光经过所述聚焦镜，聚焦于所述焊接工件上；
（2）、通过所述步骤（1），在所述焊接工件上形成有焊接匙孔，随着激光的移动，在所述焊接工件上形成焊接熔池，融化的金属经过冷却后形成焊缝；
（3）、设置于靠近所述焊接工件聚焦点处的所述红外温度传感器把测量所述焊接熔池的温度值传送给所述控制器，所述控制器根据反馈的温度值与设定的温度值比较，输出激光能量信号给所述激光发生器，随后所述激光发生器根据所述控制器送来的激光能量模信号，输出对应的激光能量。
4.根据权利要求3所述的一种改善焊缝质量差异的激光焊接工艺，其特征在于，其特征在于：在所述步骤（3）中，其具体的控制步骤是：
（a）、系统初始化，设置温度爬坡曲线和温度设定值；
（b）、在焊接开始时，所述控制器根据一定的爬坡曲线设置输出激光能量信号，所述红外温度传感器反馈温度信号，刷新温度和状态显示；
（c）、如果焊接时间未达到200MS，或者测得的温度值未达到设定的焊接温度值，就返回所述步骤（b）中继续测量输出，否则就进行下一步；
（d）、所述红外温度传感器继续反馈温度信号，刷新温度和状态显示，根据设定的焊接温度，所述控制器利用PID调节输出需要的激光能量；
（e）、如果激光焊接时间到，所述控制器输出停止焊接信号，激光停止，否则返回所述步骤（d）中继续输出。
5.根据权利要求3所述的一种改善焊缝质量差异的激光焊接工艺，其特征在于，所述红外温度传感器聚焦于所述焊接熔池的根部，即距离所述焊接匙孔后方2mm~3mm位置处。
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- 2016-11-08 CN CN201610977648.3A patent/CN106271138B/zh active Active
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