CN110102897B - 一种用于曲面薄壁结构的激光清洗与激光焊接一体化装备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于曲面薄壁结构的激光清洗与激光焊接一体化装备与方法，焊接系统包括第一激光发生器、第二激光发生器、测距系统、延时系统、自动调焦系统和清渣装置，其中测距系统包括分光系统和光信号传感器。第二激光发生器制造清洗激光束，经由分光系统生成平行于清洗光束的测距光束。第一激光发生器制造焊接激光束。延时系统根据实际焊速调节实时距离信号。自动调焦系统对透过激光束进行自动调焦处理，使激光在待焊试样表面按要求聚焦并工作。在第二激光发生器后侧安装有清渣喷嘴，通过喷出高速高压气流清除激光清洗产生的残渣。该发明避免了因不平整表面而难以控制激光束聚焦位置造成的焊接效果差的缺点，有效保证曲面焊缝的均匀性和良好焊缝质量。
Description
技术领域
本发明有关激光焊接系统，具体而言是涉及是一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统，属于激光焊接技术领域。
背景技术
激光清洗是一种新型的表面预处理方法，具有清洗效率高、清洁质量好、适用对象广、基体损伤小、劳动强度低、不污染环境和便于实现自动化等一系列优点。焊前激光清洗能够有效的去除试样表面的氧化膜原始氧化膜，可大大降低焊后焊缝内工艺气孔和氢气孔的产生倾向，并增加表面对激光的吸收率，改善熔滴在表面的铺展润湿性，从而提高焊缝的成形质量。激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源的高效的、精密的焊接方法，是激光材料加工技术应用的重要方面之一。激光焊接是通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，在许多领域都有广泛的应用价值。目前激光清洗和激光焊接采用不同的激光器，成本较高、设备复杂体积较大，同时大多只能用于平面连接，因而急需一套用于曲面连接的激光清洗和激光焊接一体化的设备。
发明内容
为了获得较好的曲面连接质量，提高激光清洗与激光焊接效率，本发明提供一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统与焊接方法，其能够适应于复杂曲面的连接工况，将激光清洗与激光焊接有效结合起来，实现一体化操作，安全高效。
本发明采用如下技术方案：一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统，包括第一激光发生器、第二激光发生器、测距系统、延时系统、自动调焦系统和清渣装置，其中测距系统包括分光系统和光信号传感器。所述第二激光发生器制造清洗激光束，经由分光系统生成平行于清洗光束的测距光束，测距光束探测到待焊试样表面发生反射，经光信号传感器接收生成距离信号。所述第一激光发生器制造焊接激光束。所述延时系统根据实际焊速调节实时距离信号，分别传递给清洗激光束与焊接激光束所配置的自动调焦系统。所述自动调焦系统位于激光发生器下方，接收距离信号后对透过激光束进行自动调焦处理，使激光在待焊试样表面按要求聚焦并工作。在第二激光发生器后侧安装有清渣喷嘴，通过喷出高速高压气流清除激光清洗产生的残渣。
本发明还采用如下技术方案：一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接方法，包括如下步骤：
S1：延时系统输入预设焊接速度参数；
S2：打开第一激光发生器，产生清洗激光光束；
S3：打开清渣装置，产生清理气流；
S4：清洗激光光束经由分光系统形成测距光束，探测到待焊件表面反射由光信号传输系统生成即时距离信号，传输给第一自动调焦系统，对清洗激光光束进行调焦处理；
S5：延时系统接收距离信号，根据焊接速度控制第二激光发生器开关始，打开第二激光发生器，产生焊接激光光束；
S6：延时系统接收距离信号，传递给第二自动调焦系统，根据焊接速度和即时距离信号对焊接激光光束进行调焦处理；
S7：测距光束到达每条焊道末端，获得突变距离信号，传递给延时系统，延时系统调节后即时突变距离信号将触发第一激光发生器关闭模块和第二激光发生器关闭模块，结束激光清洗与焊接；
S8：手动关闭清渣装置，焊接结束。
本发明具有如下有益效果：本发明一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统与焊接方法创新实现了曲面连接的激光清洗和激光焊接一体化操作系统，可以灵活、准确地完成对曲面待焊件的焊前清洗与焊接，避免了因不平整表面而难以控制激光束聚焦位置造成的焊接效果差的缺点，有效保证了曲面焊缝的均匀性和良好焊缝质量，并大大提高了焊接效率，有利于实现工业上的大规模应用。
附图说明
图1为一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统图。
其中：
1-第一激光发生器；3-第一自动调焦系统；2-第二激光发生器；4-第二自动调焦系统；5-分光系统；6-光信号传感器；7-延时系统；8-清渣装置。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统包括第一激光发生器1，第一自动调焦系统3，第二激光发生器2，第二自动调焦系统4，分光系统5，光信号传感器6，延时系统7和清渣装置8。
第一激光发生器1制造发出清洗激光束，激光输出端与所述第一自动调焦系统3输入端为上下同轴对应位置关系，第一自动调焦系统3与延时系统7通过信号传输线连接，延时系统7与测距系统通过信号传输线连接。第二激光发生器2制造发出焊接激光束，激光输出端与所述第二自动调焦系统4输入端为上下同轴对应位置关系，第二自动调焦系统4与所述延时系统7通过信号传输线连接。测距系统包括分光系统5和光信号传感器6，分光系统5由分光片与振镜组成，分光片将部分清洗激光束分为透射激光和反射激光，反射激光经振镜调整方向后，形成平行于清洗激光束并与清洗激光束在焊接方向上有一固定距离的测距光束。分光系统5安装于第一激光发生器1内部，测距光束到达待焊部位表面发生反射，由所述光信号传感器6接收生成距离信号。自动调焦系统其底部安装有激光头，内部包括聚焦镜、移动通道和控制装置。控制装置通过信号传输线与延时系统连接，接收到经所述延时系统7实时调整后的距离信号后，使聚光镜沿移动通道实时调节位置，自动调节激光聚焦位置，保证满足对曲面待焊件激光清洗和激光焊接的焦点位置条件。清渣系统8通过紧固装置安装于第一激光发生器1后侧，包括气瓶，加压装置，导流直管和气流输出口。导流直管安装于加压装置下方，气流输出口为锥形并与导流直管连接，加压装置与惰性气体气瓶连接，输出高速高压惰性气流清理激光清洗后产生的残渣，并制造惰性环境抑制焊接过程中焊缝金属发生氧化。
一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接方法，具体实施步骤步骤：在延时系统7输入预设焊接速度参数，打开第一激光发生器1，产生清洗激光光束，打开清渣装置8，产生清理气流。清洗激光光束经由分光系统5形成测距光束，探测到待焊件表面反射由光信号传输系统6生成即时距离信号，传输给第一自动调焦系统3，对清洗激光光束进行调焦处理。延时系统7接收距离信号，根据焊接速度控制第二激光发生器2开关模块，打开第二激光发生器4，产生焊接激光光束。延时系统7接收距离信号，传递给第二自动调焦系统4，根据焊接速度和即时距离信号对焊接激光光束进行调焦处理。测距光束到达每条焊道末端，获得突变距离信号，传递给延时系统7，延时系统7调节后即时突变距离信号将触发第一激光发生器1关闭模块和第二激光发生器2关闭模块，结束激光清洗与焊接。最后，手动关闭清渣装置8，焊接结束。
该焊接系统不仅实现了激光清洗和激光焊接一体化操作系统，还可以灵活、准确地完成对曲面待焊件的焊前清洗与焊接，避免了因不平整表面而难以控制激光束聚焦位置造成的焊接效果差的缺点，有效保证了曲面焊缝的均匀性和良好焊缝质量，并大大提高了焊接效率，有利于实现工业上的大规模应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接方法，其特征在于，采用用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统，所述用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接系统包括第一激光发生器、第二激光发生器、测距系统、延时系统、第一自动调焦系统、第二自动调焦系统和清渣装置；所述第一激光发生器制造发出清洗激光束，激光输出端与所述第一自动调焦系统输入端为上下同轴对应位置关系，第一自动调焦系统与延时系统通过信号传输线连接，延时系统与所述测距系统通过信号传输线连接；所述第二激光发生器制造发出焊接激光束，激光输出端与所述第二自动调焦系统输入端为上下同轴对应位置关系，第二自动调焦系统与所述延时系统通过信号传输线连接；所述测距系统包括分光系统和光信号传感器，分光系统安装于第一激光发生器内部，将部分激光转换为测距光束，测距光束到达待焊部位表面发生反射，由所述光信号传感器接收生成距离信号；所述分光系统由分光片与振镜组成，分光片将部分清洗激光束分为透射激光和反射激光，反射激光经振镜调整方向后，形成平行于清洗激光束并与清洗激光束在焊接方向上有一固定距离的测距光束；测距激光探测到待焊件表面后发生反射，反射光束由光信号传感装置接收，形成距离信号传递出去；所述延时系统分别连接两个自动调焦系统与测距系统，在接收到距离信号后，根据焊接速度和测距光束与清洗激光束的距离调整传递到第一自动调焦系统的实时距离信号，根据焊接速度和测距光束与焊接激光束的距离调整传递到第二自动调焦系统的实时距离信号；所述第一自动调焦系统和所述第二自动调焦系统接收到经所述延时系统实时调整后的距离信号，自动调节激光聚焦位置，保证满足对曲面待焊件激光清洗和激光焊接的焦点位置条件；所述清渣装置 通过紧固装置安装于第一激光发生器后侧，连接惰性气体气瓶，输出高速高压惰性气流清理激光清洗后产生的残渣，并制造惰性环境抑制焊接过程中焊缝金属发生氧化；所述清渣装置 包括气瓶，加压装置，导流直管和气流输出口；导流直管安装于加压装置下方，气流输出口为锥形并与导流直管连接，加压装置与气瓶连接；
包括如下步骤：S1：延时系统输入预设焊接速度参数；S2：打开第一激光发生器，产生清洗激光光束；S3：打开清渣装置，产生清理气流；S4：清洗激光光束经由分光系统形成测距光束，探测到待焊件表面反射由光信号传输系统生成即时距离信号，传输给第一自动调焦系统，对清洗激光光束进行调焦处理；S5：延时系统接收距离信号，根据焊接速度控制第二激光发生器开关始，打开第二激光发生器，产生焊接激光光束；S6：延时系统接收距离信号，传递给第二自动调焦系统，根据焊接速度和即时距离信号对焊接激光光束进行调焦处理；S7：测距光束到达每条焊道末端，获得突变距离信号，传递给延时系统，延时系统调节后即时突变距离信号将触发第一激光发生器关闭模块和第二激光发生器关闭模块，结束激光清洗与焊接；S8：手动关闭清渣装置，焊接结束。
2.根据权利要求1所述用于曲面连接的激光清洗与激光焊接一体化焊接方法，其特征在于，所述第一自动调焦系统和所述第二自动调焦系统底部安装有激光头，内部包括聚焦镜、移动通道和控制装置；控制装置通过信号传输线与延时系统连接，接收实时距离信号，使聚光镜沿移动通道实时调节位置。
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