CN109967879A - 一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备，其包括承载部、移载部、脉冲激光组件和电弧发生组件，承载部包括有机箱，机箱上部连接有承载台，承载台的中部设置有焊接架，焊接架的顶部水平设置有焊接台；电弧发生组件设置于承载台上；移载部包括分别对应设置于机箱两侧的固定台，固定台的上部均连接有承载架，两承载架的顶部共同水平连接有一移载架，移载架包括有移动导轨，移动导轨连接有脉冲激光组件；脉冲激光组件包括有脉冲发生器、激光发射器，激光发射器设置于脉冲发生器的下部。本发明采用激光‑电弧复合热源技术能够最大限度的利用激光与电弧的能量，与已有的激光‑电弧复合热源焊接技术相比具有极大的优势。

Description

一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺

技术领域

本发明涉及材料加工工程技术领域，具体为一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺。

背景技术

目前，激光-电弧复合焊接研究和应用领域，基本上主要采用连续激光或脉冲激光与电弧相复合。激光电弧复合焊接时激光与电弧作用于共同区域，此时激光与电弧存在相互作用，即两者存在着一个能量相互增强、减弱的匹配关系。一般来说激光对电弧具有稳定的效果，但是在激光与交流电弧复合时，当焊接速度较大时，激光与电弧相互作用虽然能够稳定电弧，但是仍然会出现局部热电子发射不足，电弧会产生漂移、膨胀现象。人们希望通过增加电弧功率提升高速焊接电弧本身的稳定性，但是大功率电弧产生的等离子体对激光能量存在吸收和对光束存在散射作用。并随着电弧功率的增加，该作用逐渐增强，从而大大削弱了激光的作用效果，造成能源资源的损耗。因此，激光与交流电弧复合焊接时会出现高速焊接熔深降低、表面成型不连续的现象。并且在复合焊接过程激光冲击作用点与电弧作用中心之间的距离、电弧弧长都会影响到复合焊接效果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺。

本发明的技术方案是提供一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备，其特征在于，其包括承载部、移载部、脉冲激光组件和电弧发生组件，所述承载部包括有机箱，所述机箱上部连接有承载台，所述承载台的中部设置有焊接架，所述焊接架的顶部水平设置有焊接台；所述电弧发生组件设置于所述承载台上；所述移载部包括分别对应设置于所述机箱两侧的固定台，所述固定台的上部均连接有承载架，两所述承载架的顶部共同水平连接有一移载架，所述移载架包括有移动导轨，所述移动导轨连接有所述脉冲激光组件；所述脉冲激光组件包括有脉冲发生器、激光发射器，所述脉冲发生器连接于所述导轨上并能在导轨上往复移动，所述激光发射器设置于所述脉冲发生器的下部，所述激光发射器包括有发射头，所述发射头朝下设置且位于所述焊接台的上方。

进一步的，所述电弧发生组件包括有两组对应设置的滑轨，所述滑轨分别对应设置于所述承载台的两侧，两滑轨之间设置有两组电弧发生器，两个电弧发生器分别位于所述焊接台的前后两侧，所述电弧发生器的底部两端分别连接于所述滑轨上，所述电弧发生器能够在滑轨上往复滑动。

进一步的，每个所述滑轨的两端均朝上设置有一连接头，两所述连接头之间水平连接有滑柱；所述电弧发生器的两端均设置有连接套，所述连接套分别连接于两端的所述滑柱上。

进一步的，所述承载架和所述固定台之间为可拆卸连接。

进一步的，所述承载架和所述移载架的连接转角处均设置有三角固定架。

一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

（1）激活脉冲发生器，产生脉冲激光，同步脉冲信号控制；

（2）激活电弧发生器，产生交流电弧，采用脉冲激光-交流电弧复合焊接；

（3）焊接过程中，调整电弧电流为40A-500A，激光脉冲峰值功率1-6KW，基值功率为200W-1000W，激光脉冲频率为10-100Hz，激光冲击点与电弧熔池中心之间的距离Dla为1-6mm，电极尖端到工件的距离h为1-5mm，焊接速度大于1m/min，直至焊接完毕。

进一步的，所述步骤（3）中，激光与电弧同轴或旁轴。

进一步的，所述步骤（3）中，激光束与电弧电极之间的夹角a为15-45°。

本发明的有益效果是：本发明的一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺具有如下优点：

1)采用脉冲激光与交流电弧负半波区间的协调控制，能够提高电弧稳定性，改善焊接区域的表面成型，增加熔深1-2倍。

2)采用脉冲激光增强交流电弧负半波区间放电，提升高速条件下电弧稳定性，同时能够减少加工参数及环境因素对焊接稳定性的影响。

本发明激光-电弧复合热源技术能够最大限度的利用激光与电弧的能量，与已有的激光-电弧复合热源焊接技术相比具有极大的优势。从工艺角度和经济角度考虑，都具有很大的工业应用潜力和发展前景。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的焊接设备的结构示意图；

图2是本发明的焊接工艺的示意图。

附图标记：交流电弧正半波区间1，交流电弧负半波区间2，脉冲激光作用区间3，机箱4，承载台41，焊接架42，焊接台43，固定台5，承载架51，移载架52，移动导轨53，三角固定架54，脉冲发生器6，激光发射器61，发射头62，电弧发生器7，连接套71，滑轨72，连接头73，滑柱74。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，如有术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备及焊接工艺。

如图1和图2所示，本发明的一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备，其包括承载部、移载部、脉冲激光组件和电弧发生组件，所述承载部包括有机箱4，所述机箱4上部连接有承载台41，所述承载台41的中部设置有焊接架42，所述焊接架42的顶部水平设置有焊接台43；所述电弧发生组件设置于所述承载台41上；所述移载部包括分别对应设置于所述机箱4两侧的固定台5，所述固定台5的上部均连接有承载架51，两所述承载架51的顶部共同水平连接有一移载架52，所述移载架52包括有移动导轨53，所述移动导轨53连接有所述脉冲激光组件；所述脉冲激光组件包括有脉冲发生器6、激光发射器61，所述脉冲发生器6连接于所述导轨上并能在导轨上往复移动，所述激光发射器61设置于所述脉冲发生器6的下部，所述激光发射器61包括有发射头62，所述发射头62朝下设置且位于所述焊接台43的上方。

本发明一个较佳实施例中，所述电弧发生组件包括有两组对应设置的滑轨72，所述滑轨72分别对应设置于所述承载台41的两侧，两滑轨72之间设置有两组电弧发生器7，两个电弧发生器7分别位于所述焊接台43的前后两侧，所述电弧发生器7的底部两端分别连接于所述滑轨72上，所述电弧发生器7能够在滑轨72上往复滑动。

本发明一个较佳实施例中，每个所述滑轨72的两端均朝上设置有一连接头73，两所述连接头73之间水平连接有滑柱74；所述电弧发生器7的两端均设置有连接套71，所述连接套71分别连接于两端的所述滑柱74上。

本发明一个较佳实施例中，所述承载架51和所述固定台5之间为可拆卸连接方便拆卸下来保养，维修。

本发明一个较佳实施例中，所述承载架51和所述移载架52的连接转角处均设置有三角固定架54使移载架52的连接更为稳固。

一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

（1）激活脉冲发生器6，产生脉冲激光，同步脉冲信号控制；

（2）激活电弧发生器7，产生交流电弧，采用脉冲激光-交流电弧复合焊接；

（3）焊接过程中，调整电弧电流为40A-500A，激光脉冲峰值功率1-6KW，基值功率为200W-1000W，激光脉冲频率为10-100Hz，激光冲击点与电弧熔池中心之间的距离Dla为1-6mm，电极尖端到工件的距离h为1-5mm，焊接速度大于1m/min，直至焊接完毕。

如图1所示，交流电弧正半波区间1， 交流电弧负半波区间2，,脉冲激光作用区间3。

本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，激光与电弧同轴或旁轴。

本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，激光束与电弧电极之间的夹角a为15-45°。

本发明采用脉冲激光与交流电弧负半波区间的协调控制，能够提高电弧稳定性，改善焊接区域的表面成型，增加熔深1-2倍；采用脉冲激光增强交流电弧负半波区间放电，提升高速条件下电弧稳定性，同时能够减少加工参数及环境因素对焊接稳定性的影响。

本发明激光-电弧复合热源技术能够最大限度的利用激光与电弧的能量，与已有的激光-电弧复合热源焊接技术相比具有极大的优势。从工艺角度和经济角度考虑，都具有很大的工业应用潜力和发展前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接设备，其特征在于，其包括承载部、移载部、脉冲激光组件和电弧发生组件，所述承载部包括有机箱，所述机箱上部连接有承载台，所述承载台的中部设置有焊接架，所述焊接架的顶部水平设置有焊接台；所述电弧发生组件设置于所述承载台上；所述移载部包括分别对应设置于所述机箱两侧的固定台，所述固定台的上部均连接有承载架，两所述承载架的顶部共同水平连接有一移载架，所述移载架包括有移动导轨，所述移动导轨连接有所述脉冲激光组件；所述脉冲激光组件包括有脉冲发生器、激光发射器，所述脉冲发生器连接于所述导轨上并能在导轨上往复移动，所述激光发射器设置于所述脉冲发生器的下部，所述激光发射器包括有发射头，所述发射头朝下设置且位于所述焊接台的上方。

2.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于：所述电弧发生组件包括有两组对应设置的滑轨，所述滑轨分别对应设置于所述承载台的两侧，两滑轨之间设置有两组电弧发生器，两个电弧发生器分别位于所述焊接台的前后两侧，所述电弧发生器的底部两端分别连接于所述滑轨上，所述电弧发生器能够在滑轨上往复滑动。

3.根据权利要求2所述的焊接设备，其特征在于：每个所述滑轨的两端均朝上设置有一连接头，两所述连接头之间水平连接有滑柱；所述电弧发生器的两端均设置有连接套，所述连接套分别连接于两端的所述滑柱上。

4.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于：所述承载架和所述固定台之间为可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于：所述承载架和所述移载架的连接转角处均设置有三角固定架。

6.一种脉冲激光器与电弧焊接复合焊接工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

（1）激活脉冲发生器，产生脉冲激光，同步脉冲信号控制；

（2）激活电弧发生器，产生交流电弧，采用脉冲激光-交流电弧复合焊接；

（3）焊接过程中，调整电弧电流为40A-500A，激光脉冲峰值功率1-6KW，基值功率为200W-1000W，激光脉冲频率为10-100Hz，激光冲击点与电弧熔池中心之间的距离Dla为1-6mm，电极尖端到工件的距离h为1-5mm，焊接速度大于1m/min，直至焊接完毕。

7.根据权利要求6所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，激光与电弧同轴或旁轴。

8.根据权利要求6所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，激光束与电弧电极之间的夹角a为15-45°。