CN108081622A - 塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法，包括焊接工作台、激光输出系统和自动化控制系统；焊接工作台由底座、定位块和机器人及第一机械手组成；激光输出系统由半导体激光器、光纤、激光束输出器组成；自动化控制系统由操作面板和PLC控制器组成，PLC控制器控制机器人、第一机械手、第二机械手和激光输出系统的工作动作；机器人及第二机械手控制激光束输出器运动和光斑运动轨迹；本发明提供一种塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的焊接方法，先注塑成型不设置加强筋板的大型塑料检查井井座，再通过激光焊接装置焊接加强筋板，降低注塑模具设计和制造成本，降低注塑工艺难度。

Description

塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法

技术领域

本发明涉及塑料检查井技术领域，具体涉及塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法。

背景技术

在市政给排水管网系统建设中，直径1米以上、壁厚10～15mm大型塑料检查井的市场需求量越来越大，PP塑料成型加工性能和综合机械性能良好，大型塑料检查井常用材料为PP塑料，大型塑料检查井一般由井盖、井室和井座组成，其中，井座承接不同方向的子管和井室，承载管网安装过程中的周围土壤侧压力和道路车辆冲击压力，因而，井座必须具备较强的抗拉和抗弯曲强度，为此，生产企业通常在井座外表面设置较多的加强筋板，且加强筋板的长度和宽度方向尺寸较大。

一次性整体注塑成型是大型塑料检查井井座及其加强筋板的主要加工方法，大型塑料检查井井座一次性整体注塑成型，不仅注塑模具尺寸大，井座和加强筋板脱模困难，而且，还需要结构复杂的模具型芯和模具型腔才能满足井座和加强筋板的成型加工，因而，大型塑料检查井井座及其加强筋板的注塑模具设计和制造成本高，注塑工艺难度大。

目前，大型塑料检查井井座焊接方法主要是电热熔法、超声焊接、熔体填充法和化学沾接法等，这些方法均存在焊接变形大、焊接强度差、效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，包括焊接工作台、激光输出系统和自动化控制系统；

焊接工作台由底座、定位块、机器人及第一机械手和第二机械手组成；

激光输出系统由半导体激光器、光纤、激光束输出器组成；

自动化控制系统由操作面板和PLC控制器组成，操作面板的输出端与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的反馈输出端与操作面板的反馈输入端连接，PLC控制器的输出端与机器人的控制端连接，机器人的输出端通过电机与第一机械手、第二机械手控制连接，PLC控制器的输出端与半导体激光器、激光束输出器的控制输入端连接，PLC控制器控制机器人、第一机械手、第二机械手和激光输出系统的动作；

机器人及第二机械手控制激光束输出器运动；

所述塑料检查井井座设置在定位块一侧且固定位于底座上方右侧，机器人及第一机械手、第二机械手设置在底座上方左侧，第二机械手连接激光束输出器，激光束输出器位于塑料检查井井座开口端口上方，激光束输出器连接光纤，光纤连接半导体激光器，半导体激光器位于底座右侧，自动化控制系统位于底座左侧。

优选的，所述激光输出系统是法国Dilas 的Compact200-500型激光设备，包括半导体激光器、光纤和激光束输出器。激光束输出器在塑料检查井井座轴线上端口上方或塑料检查井井座轴线内部作上下垂直或水平旋转运动；焊接时，激光束输出器位于塑料检查井井座开口端口上方或井座内部，激光光斑透过井座壁厚辐照加强筋板焊接表面的吸收层，焊接加强筋板。

优选的，所述半导体激光器输出连续型激光、波长1030nm、功率200～500W，输出的光束直径为10～20mm，光束为平行直线型，光束扩散组合镜输出的光斑与焊缝及其运动方向夹角为45～60度，光斑运动轨迹与焊缝一致，运动速度为500～2000mm/min，光斑直径大于或等于焊缝宽度。对于纯PP塑料原材料，波长1030nm的激光穿透率高，纯PP塑料加抗氧化剂的制件也具备较好的激光透过性，塑料检查井井座和加强筋板材料为纯PP塑料并含抗氧化剂；加强筋板纵向或横向分布在塑料检查井井座外表面上，加强筋板与塑料检查井井座外表面接触处喷涂激光吸收层，吸收层为黑色的油漆或涂料，吸收层厚度为0.5～5微米；加强筋板为长方形体或片状环形体，长方形体纵向分布，片状环形体横向分布，加强筋板长度为100～500mm，宽度为50～100mm，厚度与井座璧厚一致为10～20mm。

优选的，所述塑料检查井井座外部焊接设置加强筋板。

优选的，所述PLC控制器的型号为西门子S7-200系列PLC控制器。

塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的焊接方法如下步骤：

步骤1：将塑料检查井井座和加强筋板分别注塑成型加工，在加强筋板的焊接面处喷涂吸收层；塑料检查井井座固定于底座上；

步骤2：按照设计要求，设置激光束输出器输出光斑的运动轨迹和运动速度输入程序，运动速度包括直线速度、旋转速度，设置半导体激光器工作参数和加强筋板与塑料检查井井座外表面的接触压力；

步骤3：机械手抓取加强筋板与塑料检查井井座外表面接触；机械手控制激光束输出器至开始工作位置，光斑处于工作要求的位置与角度；

步骤4：自动化控制系统启动焊接工作，半导体激光器输出连续型激光，光束按照工作要求与指令焊接加强筋板与塑料检查井井座，完成焊接后，继续焊接其他加强筋板。

优选的，所述加强筋板与所述塑料检查井井座外表面的接触压力为5～10kg。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明提供一种塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置和焊接方法，先注塑成型不设置加强筋板的大型塑料检查井井座和加强筋板，再通过激光焊接装置焊接加强筋板，成型加工井座和加强筋板，从而简化注塑模具的型芯和型腔结构，方便制件脱模，降低注塑模具设计和制造成本，降低注塑工艺难度。激光束输出器输出的激光束透过井座璧面辐照加热吸收层，吸收层瞬时升温后加热融化加强筋板和井座焊缝处的表面，表面熔体融合后冷却即成焊缝。

2.大型PP塑料检查井，加强筋板与塑料检查井井座采用半导体激光器激光透射焊接方法，相对于其他焊接方法，焊接变形小，焊缝均匀、强度高，焊接效率高；自动化程度高，有利于大批量生产大型塑料检查井井座。

附图说明

图1为塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置结构示意图；

图2为塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置自动化控制系统的结构示意图；

图3为塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的自动化控制系统的连接原理示意图。

图中：底座101、定位块102、机器人103、第一机械手104、第二机械手105、半导体激光器201、光纤202、激光束输出器203、自动化控制系统3、操作面板301、PLC控制器302、塑料检查井井座4、加强筋板5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明提供一种技术方案：塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，包括焊接工作台、激光输出系统和自动化控制系统3；焊接工作台由底座101、定位块102、机器人103和第一机械手104及第二机械手105组成；激光输出系统由半导体激光器201、光纤202、激光束输出器203组成；自动化控制系统3由操作面板301和PLC控制器302组成，操作面板301的输出端与PLC控制器302的输入端连接，PLC控制器302的反馈输出端与操作面板301的反馈输入端连接，PLC控制器302的输出端与机器人103的控制端连接，机器人103的输出端通过电机与第一机械手104、第二机械手105控制连接，PLC控制器302的输出端与半导体激光器201、激光束输出器203的控制输入端连接，PLC控制器302控制机器人103、第一机械手104、第二机械手105和激光输出系统的动作；机器人103及第二机械手105控制激光束输出器203运动和激光束输出器203输出的光斑运动轨迹；所述塑料检查井井座4设置在定位块102一侧且固定位于底座101上方右侧，机器人103及第一机械手104、第二机械手105设置在底座101上方左侧，第二机械手105连接激光束输出器203，激光束输出器203位于塑料检查井井座4开口端口上方，激光束输出器203连接光纤202，光纤202连接半导体激光器201，半导体激光器201位于底座101右侧，自动化控制系统3位于底座101左侧。

所述激光输出系统是法国Dilas 的Compact200-500型激光设备，包括半导体激光器201、光纤202和激光束输出器203 。所述半导体激光器201输出连续型激光、波长1030nm、功率300W，输出的光束直径为15mm，光束为平行直线型，光束扩散组合镜输出的光斑与焊缝及其运动方向夹角为45度，光斑运动轨迹与焊缝一致，运动速度为800mm/min，光斑直径大于或等于焊缝宽度。所述塑料检查井井座4外部焊接设置加强筋板5。所述自动化控制系统3内部设置控制器2，所述控制器2的型号为西门子S7-200系列PLC控制器。

塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的焊接方法如下步骤：

步骤1：将塑料检查井井座4和加强筋板5分别注塑成型加工，在加强筋板5的焊接面处喷涂吸收层；塑料检查井井座4固定于底座101上；

步骤2：按照设计要求，设置激光束输出器203输出光斑的运动轨迹和运动速度输入程序，运动速度包括直线速度、旋转速度，设置半导体激光器201工作参数和加强筋板5与塑料检查井井座4外表面的接触压力；

步骤3：第一机械手104抓取加强筋板5与塑料检查井井座4外表面的接触；第二机械手105控制激光束输出器203至开始工作位置，光斑处于工作要求的位置与角度；

步骤4：自动化控制系统3启动焊接工作，半导体激光器201输出连续型激光，光束按照工作要求与指令焊接加强筋板5与塑料检查井井座4，完成焊接后，继续焊接其他加强筋板5。

进一步地，所述加强筋板5与所述塑料检查井井座4外表面的接触压力为5～10kg。

具体使用时：在本装置空闲处，安装所有电器件与其相匹配的驱动器，并且通过本领域人员，将上述中所有驱动件，其指代动力元件、电器件以及适配的电源通过导线进行连接，具体连接手段，应参考上述工作原理中，各电器件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，上述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，其特征在于，包括焊接工作台、激光输出系统和自动化控制系统（3）；

焊接工作台由底座（101）、定位块（102）和机器人（103）、第一机械手（104）及第二机械手（105）组成；

激光输出系统由半导体激光器（201）、光纤（202）、激光束输出器（203）组成；

自动化控制系统（3）由操作面板（301）和PLC控制器（302）组成，操作面板（301）的输出端与PLC控制器（302）的输入端连接，PLC控制器（302）的反馈输出端与操作面板（301）的反馈输入端连接，PLC控制器（302）的输出端与机器人（103）的控制端连接，机器人（103）的输出端通过电机与第一机械手（104）、第二机械手（105）控制连接，PLC控制器（302）的输出端与半导体激光器（201）、激光束输出器（203）的控制输入端连接，PLC控制器（302）控制机器人（103）、第一机械手（104）、第二机械手（105）和激光输出系统的动作；

机器人（103）及第二机械手（105）控制激光束输出器（203）运动；

所述塑料检查井井座（4）设置在定位块（102）一侧且固定位于底座（101）上方右侧，机器人（103）及第一机械手（104）、第二机械手（105）设置在底座（101）上方左侧，第二机械手（105）连接激光束输出器（203），激光束输出器（203）位于塑料检查井井座（4）开口端口上方，激光束输出器（203）连接光纤（202），光纤（202）连接半导体激光器（201），半导体激光器（201）位于底座（101）右侧，自动化控制系统（3）位于底座（101）左侧。

2.根据权利要求1所述的塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，其特征在于，所述激光输出系统是法国Dilas 的Compact200-500型激光设备，包括半导体激光器（201）、光纤（202）和激光束输出器（203）。

3.根据权利要求1和2任意一项所述的塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，其特征在于，所述半导体激光器（201）输出连续型激光、波长1030nm、功率200～500W，输出的光束直径为10～20mm，光束为平行直线型，光束扩散组合镜输出的光斑与焊缝及其运动方向夹角为45～60度，光斑运动轨迹与焊缝一致，运动速度为500～2000mm/min，光斑直径大于或等于焊缝宽度。

4.根据权利要求3所述的塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，其特征在于，所述塑料检查井井座（4）外部焊接设置加强筋板（5）。

5.根据权利要求4所述的塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置，其特征在于，所述PLC控制器（302）的型号为西门子S7-200系列PLC控制器。

6.塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将塑料检查井井座（4）和加强筋板（5）分别注塑成型加工，在加强筋板（5）的焊接面处喷涂吸收层；塑料检查井井座（4）固定于底座（101）上；

步骤2：按照设计要求，设置激光束输出器（203）输出光斑的运动轨迹和运动速度输入程序，运动速度包括直线速度、旋转速度，设置半导体激光器（201）工作参数和加强筋板（5）与塑料检查井井座（4）外表面的接触压力；

步骤3：第一机械手（104）抓取加强筋板（5）与塑料检查井井座（4）外表面的接触；第二机械手（105）控制激光束输出器（203）至开始工作位置，光斑处于工作要求的位置与角度；

步骤4：自动化控制系统（3）启动焊接工作，半导体激光器（201）输出连续型激光，光束按照工作要求与指令焊接加强筋板（5）与塑料检查井井座（4），完成焊接后，继续焊接其他加强筋板（5）。

7.根据权利要求6所述的塑料检查井井座加强筋板的激光连续焊接装置的焊接方法，其特征在于，所述加强筋板（5）与所述塑料检查井井座（4）外表面的接触压力为5～10kg。