CN109604766A - 适于降低焊缝开裂倾向的激光焊接系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种适于降低焊缝开裂倾向的激光焊接系统及其工作方法。其中本激光焊接系统包括：云服务器和控制模块，以及分别与控制模块相连的无线通信模块、激光发射器、电加热板；所述激光发射器适于发射激光束对焊接件的焊缝位置进行焊接；所述云服务器适于存储电加热板的加热参数，并发送至控制模块；以及所述控制模块适于通过无线通信模块接收该加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热，可以有效降低焊缝与母材的温度差，避免焊缝出现骤冷骤热的现象，降低了焊缝的开裂倾向。

Description

适于降低焊缝开裂倾向的激光焊接系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及焊接设备技术领域，具体涉及一种适于降低焊缝开裂倾向的激光焊接系统及其工作方法。
背景技术
激光焊接就是通过激光发射器对准焊缝位置发出激光束，将焊材和焊缝处的母材熔合焊接的过程。由于焊接过程中激光束对焊缝区域进行瞬时高温加热，因此焊缝容易出现骤冷骤热的现象，甚至引发裂纹。而通过加热部件对工件进行预热，可以有效降低焊缝区域的温度差，从而降低开裂风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于降低焊缝开裂倾向的激光焊接系统及其工作方法，通过控制模块控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热，去除焊缝表面的氧化层，提高了焊接质量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光焊接系统，包括：云服务器和控制模块，以及分别与控制模块相连的无线通信模块、激光发射器、电加热板；所述激光发射器适于发射激光束对焊接件的焊缝位置进行焊接；所述云服务器适于存储电加热板的加热参数，并发送至控制模块；以及所述控制模块适于通过无线通信模块接收该加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
进一步，所述无线通信模块包括：阻抗加载天线；所述阻抗加载天线包括：左手超材料、设置在左手超材料上表面的双陷波天线和介于二者之间的空气匹配层；其中所述左手超材料包括：第一介质基板，以及分别位于第一介质基板上、下表面的金属单元阵列、金属层；所述金属单元阵列由若干金属单元从上到下、从左到右排列而成。
进一步，所述金属单元包括：矩形框贴片、从矩形框贴片的中心向外发散设置的多个Y形辐射贴片；所述Y形辐射贴片为偶数个，且对称设置。
进一步，所述阻抗加载天线通过波导进行馈电；以及所述双陷波天线为共面波导馈电的波导双陷波天线。
进一步，所述双陷波天线包括：第二介质基板、位于第二介质基板上的矩形辐射贴片、包绕在矩形辐射贴片外围的环绕辐射贴片、沿矩形辐射贴片长边中部向外延伸的辐射臂、安装在辐射臂上的带阻滤波器和平行设置在辐射臂两侧的共面贴片；所述共面贴片与矩形辐射贴片、辐射臂之间均留有间隙，以形成直流电感回路和直流通路电容。
进一步，所述矩形辐射贴片上设有开口相对的第一、第二U形缝隙；以及第二U形缝隙位于第一U形缝隙的U形内部。
进一步，所述共面贴片的长度长于大于辐射臂的长度，以适于沿辐射臂的端部向外延伸；所述双陷波天线还包括：位于共面贴片外部的负载阻抗；所述负载阻抗的两端分别连接辐射臂、共面贴片。
进一步，所述带阻滤波器为抑制高阶谐波滤波器。
进一步，所述带阻滤波器包括：平行辐射臂设置的中间延伸线、分别位于中间延伸线两端的微带匹配单元和关于中间延伸线对称设置的两个T形微带线；所述T形微带线的两端分别向内弯折呈U形；以及所述带阻滤波器适于设置在辐射臂的中部，以通过各微带匹配单元与辐射臂相连。
又一方面，本发明还提供了一种激光焊接系统的工作方法，所述激光焊接系统的控制模块适于通过无线通信模块接收云服务器发送的加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
本发明的有益效果是，本发明的激光焊接系统通过控制模块控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热，可以有效降低焊缝与母材的温度差，避免焊缝出现骤冷骤热的现象，降低了焊缝的开裂倾向；此外，通过云服务器存储电加热板的加热参数，并由无线通信模块接收给控制模块，不需要人工设置参数，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的激光焊接系统的原理框图；
图2是本发明的阻抗加载天线的结构示意图；
图3是本发明的左手超材料的结构示意图；
图4是本发明的带阻滤波器的结构示意图；
图中：左手超材料1，第一介质基板11，金属单元12，矩形框贴片121，Y形辐射贴片122，双陷波天线2，第二介质基板21，矩形辐射贴片22，第一U形缝隙221，第二U形缝隙222，环绕辐射贴片23，辐射臂24，带阻滤波器25，中间延伸线251，微带匹配单元252，T形微带线253，共面贴片26，间隙27，负载阻抗28。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
图1是本发明的激光焊接系统的原理框图。
如图1所示，本实施例1提供了一种激光焊接系统，包括：云服务器和控制模块，以及分别与控制模块相连的无线通信模块、激光发射器、电加热板；所述激光发射器适于发射激光束对焊接件的焊缝位置进行焊接；所述云服务器适于存储电加热板的加热参数，并发送至控制模块；以及所述控制模块适于通过无线通信模块接收该加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
具体的，所述电加热板适于安装一机械臂上，并位于激光发射器的运动前端；通过机械臂带动电加热板在焊缝表面及周侧运动，将焊缝位置进行加热，然后再由激光发射器发出激光束对预热后的焊缝进行焊接。
可选的，所述云服务器可以通过一PC机远程控制，以向云服务器输入并存储电加热板的加热参数，并作为信息发送至控制模块。以及所述电加热板的加热参数包括但不限于电加热板的加热温度和加热时间，可以与焊缝处的母材相关。一般情况下，根据母材中的碳当量确定其加热参数。例如：高碳钢、高合金钢的碳当量较大，其焊接性能较差，很容易出现开裂，此时需要提高加热温度和加热时间，尽量降低母材和焊缝的温度差，减小开裂倾向。
可选的，所述控制模块例如但不限于51单片机，可以通过相应的驱动电路控制激光发射器、电加热板、机械臂进行工作。
可选的，所述无线通信模块可以采用3G、4G网或其他无线网进行信息传输。
本实施例1的激光焊接系统通过控制模块控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热，可以有效降低焊缝与母材的温度差，避免焊缝出现骤冷骤热的现象，降低了焊缝的开裂倾向；此外，通过云服务器存储电加热板的加热参数，并由无线通信模块接收给控制模块，不需要人工设置参数，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度。
图2是本发明的阻抗加载天线的结构示意图。
图3是本发明的左手超材料的结构示意图。
作为阻抗加载天线的一种可选的实施方式。
见图2，所述无线通信模块包括：阻抗加载天线；所述阻抗加载天线包括：左手超材料1、设置在左手超材料1上表面的双陷波天线2和介于二者之间的空气匹配层。见图3，所述左手超材料1包括：第一介质基板11，以及分别位于第一介质基板11上、下表面的金属单元阵列、金属层（由于处于第一介质基板下表面，在图3中未显示）；所述金属单元阵列由若干金属单元12从上到下、从左到右排列而成。具体的，所述金属单元阵列由多排横向、纵向设置的相互临接的金属单元构成，从而形成左手超材料的表面。
可选的，所述第一介质基板的厚度为0.86mm，其介电常数为4.6。
可选的，所述左手超材料的几何中心与双陷波天线的几何中心位于同一条竖直线上，以提高双陷波天线的加载优化效果。
本实施方式的阻抗加载天线能够利用左手超材料加载优化双陷波天线，使左手超材料和双陷波天线构成一个双频双圆极化天线，有效提升了天线性能；通过将金属单元从上到下、从左到右排列而成金属单元阵列，提高了天线的辐射强度和辐射面积，有利于控制模块接收电加热板的加热参数，并控制电加热板进行加热，提高了激光焊接系统的响应速度。
作为金属单元的一种可选的实施方式。
见图3，所述金属单12包括：矩形框贴片121、从矩形框贴片121的中心向外发散设置的多个Y形辐射贴片122；所述Y形辐射贴片122为偶数个，且对称设置。
可选的，在本实施例1中，所述Y形辐射贴片的数量可以为6个或8个，以矩形框贴片121的中心为圆心，对称发散设置。
本实施方式的金属单元通过将多个Y形辐射贴片向外对称发散设置，以改善左手超材料对双陷波天线的优化和加载能力，从而进一步提高天线的增益。
作为双陷波天线的一种可选的实施方式。
见图2，所述双陷波天线2包括：第二介质基板21、位于第二介质基板21上的矩形辐射贴片22、包绕在矩形辐射贴片22外围的环绕辐射贴片23、沿矩形辐射贴片22长边中部向外延伸的辐射臂24、安装在辐射臂24上的带阻滤波器25和平行设置在辐射臂24两侧的共面贴片26；所述共面贴片26与矩形辐射贴片22、辐射臂24之间均留有间隙27，以形成直流电感回路和直流通路电容。
可选的，所述第二介质基板可以采用聚四氟乙烯单面覆铜板，其顶面与矩形辐射贴片的底面贴合。
可选的，所述阻抗加载天线通过波导进行馈电；以及所述双陷波天线为共面波导馈电的波导双陷波天线。
优选的，所述矩形辐射贴片22上设有开口相对的第一、第二U形缝隙；以及第二U形缝隙222位于第一U形缝隙221的U形内部，以形成双U形陷波结构。
本实施方式的双陷波天线通过双U形陷波结构能够增大天线的带宽；将矩形辐射贴片、带阻滤波器、共面贴片和负载阻抗的合理设置，在减小天线占用空间的同时，还能有效提高天线的增益；具有结构稳定，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点。
进一步，见图2，所述共面贴片26的长度长于大于辐射臂24的长度，以适于沿辐射臂24的端部向外延伸；所述双陷波天线还包括：位于共面贴片26外部的负载阻抗28；所述负载阻抗28的两端分别连接辐射臂24、共面贴片26。
图4是本发明的带阻滤波器的结构示意图。
作为带阻滤波器的一种可选的实施方式。
见图2和图4，所述带阻滤波器25包括：平行辐射臂24设置的中间延伸线251、分别位于中间延伸线251两端的微带匹配单元252和关于中间延伸线251对称设置的两个T形微带线253；所述T形微带线253的两端分别向内弯折呈U形；以及所述带阻滤波器25适于设置在辐射臂24的中部，以通过各微带匹配单元252与辐射臂24相连。
可选的，所述带阻滤波器为抑制高阶谐波滤波器。
本实施方式的带阻滤波器将T形微带线和微带匹配单元均对称设置，提高了谐波的过滤效果，避免了杂波对发射信号和接收信号的干扰作用，提高了电加热板的加热参数的准确度，保证控制模块及时准确接收，并控制电加热板按照云服务器设定的加热参数进行工作。
综上所述，本申请的激光焊接系统通过控制模块控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热，可以有效降低焊缝与母材的温度差，避免焊缝出现骤冷骤热的现象，降低了焊缝的开裂倾向；此外，通过云服务器存储电加热板的加热参数，并由无线通信模块接收给控制模块，不需要人工设置参数，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度；阻抗加载天线能够利用左手超材料加载优化双陷波天线，使左手超材料和双陷波天线构成一个双频双圆极化天线，有效提升了天线性能；通过将金属单元从上到下、从左到右排列而成金属单元阵列，提高了天线的辐射强度和辐射面积，有利于控制模块接收电加热板的加热参数，提高了激光焊接系统的响应速度；金属单元通过将多个Y形辐射贴片向外对称发散设置，以改善左手超材料对双陷波天线的优化和加载能力，从而进一步提高天线的增益；双陷波天线通过双U形陷波结构能够增大天线的带宽；将矩形辐射贴片、带阻滤波器、共面贴片和负载阻抗的合理设置，在减小天线占用空间的同时，还能有效提高天线的增益；具有结构稳定，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点；带阻滤波器将T形微带线和微带匹配单元均对称设置，提高了谐波的过滤效果，避免了杂波对发射信号和接收信号的干扰作用，提高了电加热板的加热参数的准确度，保证控制模块及时准确接收，并控制电加热板按照云服务器设定的加热参数进行工作。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种激光焊接系统的工作方法，所述激光焊接系统的控制模块适于通过无线通信模块接收云服务器发送的加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
关于激光焊接系统的具体结构及实施过程参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种激光焊接系统，其特征在于，包括：
云服务器和控制模块，以及分别与控制模块相连的无线通信模块、激光发射器、电加热板；
所述激光发射器适于发射激光束对焊接件的焊缝位置进行焊接；
所述云服务器适于存储电加热板的加热参数，并发送至控制模块；以及
所述控制模块适于通过无线通信模块接收该加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述无线通信模块包括：阻抗加载天线；
所述阻抗加载天线包括：左手超材料、设置在左手超材料上表面的双陷波天线和介于二者之间的空气匹配层；其中
所述左手超材料包括：第一介质基板，以及分别位于第一介质基板上、下表面的金属单元阵列、金属层；
所述金属单元阵列由若干金属单元从上到下、从左到右排列而成。
3.根据权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述金属单元包括：矩形框贴片、从矩形框贴片的中心向外发散设置的多个Y形辐射贴片；
所述Y形辐射贴片为偶数个，且对称设置。
4.根据权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述阻抗加载天线通过波导进行馈电；以及
所述双陷波天线为共面波导馈电的波导双陷波天线。
5.根据权利要求2所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述双陷波天线包括：第二介质基板、位于第二介质基板上的矩形辐射贴片、包绕在矩形辐射贴片外围的环绕辐射贴片、沿矩形辐射贴片长边中部向外延伸的辐射臂、安装在辐射臂上的带阻滤波器和平行设置在辐射臂两侧的共面贴片；
所述共面贴片与矩形辐射贴片、辐射臂之间均留有间隙，以形成直流电感回路和直流通路电容。
6.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述矩形辐射贴片上设有开口相对的第一、第二U形缝隙；以及
第二U形缝隙位于第一U形缝隙的U形内部。
7.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述共面贴片的长度长于大于辐射臂的长度，以适于沿辐射臂的端部向外延伸；
所述双陷波天线还包括：位于共面贴片外部的负载阻抗；
所述负载阻抗的两端分别连接辐射臂、共面贴片。
8.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述带阻滤波器为抑制高阶谐波滤波器。
9.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，
所述带阻滤波器包括：平行辐射臂设置的中间延伸线、分别位于中间延伸线两端的微带匹配单元和关于中间延伸线对称设置的两个T形微带线；
所述T形微带线的两端分别向内弯折呈U形；以及
所述带阻滤波器适于设置在辐射臂的中部，以通过各微带匹配单元与辐射臂相连。
10.一种激光焊接系统的工作方法，其特征在于，
所述激光焊接系统的控制模块适于通过无线通信模块接收云服务器发送的加热参数，以控制电加热板在焊接前对焊缝位置进行预热。
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