CN110576233B - 一种激光钎焊工艺用气控系统及激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光钎焊工艺用气控系统及激光焊接设备，其包括：第一气路组件，其用于接入气体，且对激光焊接头的保护镜片进行吹气；第二气路组件，其用于在接入气体后对焊丝上方空间进行吹气；以及第三气路组件，其用于接入气体，且将所述气体输送至激光焊接头的防撞装置。本发明整体为一种自动化的气动控制系统，可以解决因激光焊接头保护镜片污染受损而需要频繁的更换的问题，从而降低成本，保证焊接质量、生产节拍，提高生产效率。

Description

一种激光钎焊工艺用气控系统及激光焊接设备

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，特别是一种激光钎焊工艺用气控系统。

背景技术

激光钎焊是激光焊接技术中的一种，其利用聚焦镜聚焦后的高能量密度激光将焊丝材料熔化，熔融后的焊丝材料浸润填充到被焊接的工业零件上，使工件间得到很好的结合，从而完成激光焊接过程。

激光焊接头内部出光口位置安装有保护镜片，具有分隔焊接头内外空间，对激光具有高透光率、低反射率的特性，是保护激光焊接头内部结构且不妨碍激光照射、不损失激光功率能量的特殊重要零件。在激光钎焊过程中，因为高温熔融，难免会产生烟雾及焊渣飞溅，激光焊接头长期暴露在这种环境中会导致激光焊接头的保护镜片污染受损，改变镜片特性，导致镜片低透光率、高反射率，损耗激光功率能量，进一步导致能量不足影响焊丝熔融，降低了焊接质量、焊接效率。更严重的，由于污染受损的镜片被动提高了光反射率，反射回的激光束可能烧毁市场价值几十万到上百万元不等的激光焊接头，同时镜片附着的污染物极易受激光照射而燃烧，可能导致发生火灾，威胁现场设备及人员安全。

现有技术中针对上述情况多采用定期更换保护镜片方式加以改进，但频繁更换保护镜片成本高昂，且严重影响生产节拍。

同时，为保护贵重的激光焊接头，现有技术中为激光焊接头配置了防撞装置，其通过内部的压力变化实现防撞报警功能，但目前都是采用独立的气路控制装置实现防撞装置的连通供气，无法与其他组件进一步整合，导致激光焊接设备整体自动化程度不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光钎焊工艺用气控系统，其整体为一种自动化的气动控制系统，可以解决因激光焊接头保护镜片污染受损而需要频繁的更换的问题，从而降低成本，保证焊接质量、生产节拍，提高生产效率；同时可控制激光焊接头防撞装置的气路连通供气，对此气路的压力大小、气路开关实现自动化控制，以提高激光钎焊设备整体的自动化程度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种激光钎焊工艺用气控系统，其包括：第一气路组件，其用于接入气体，且对激光焊接头的保护镜片进行吹气；第二气路组件，其用于在接入气体后对焊丝上方空间进行吹气；以及第三气路组件，其用于接入气体，且将所述气体输送至激光焊接头的防撞装置。

优选的，所述第一气路组件包括：顺次连通的过滤器、第一减压阀以及保护镜片吹气组件；所述过滤器对接入的气体进行过滤净化处理；经所述过滤器过滤净化处理后的气体再经第一减压阀减压处理后流入所述保护镜片吹气组件，经所述保护镜片吹气组件后对保护镜片进行吹气。

优选的，所述保护镜片吹气组件包括：第一主体，其开设有供激光光束穿过的第一出光口，且所述第一主体内壁面开设有可通气体流动的环槽，所述第一主体外壁面开设有与所述环槽连通的第一进气口；锥形体，其具有相互连通、供激光光束穿过的大口端以及小口端，所述大口端与所述第一出光口连通。

优选的，所述第二气路组件包括：顺次连通的第二减压阀、第一开关阀以及前端吹气组件；所述第二减压阀对接入的气体进行减压处理，经减压处理后的气体流入所述前端吹气组件，经所述前端吹气组件后对焊丝上方的、且位于小口端与焊丝之间的空间进行吹气。

优选的，所述第一减压阀对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为1.5~3bar，和/或，所述第二减压阀对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为5~6bar。

优选的，所述前端吹气组件包括：第二主体，且所述第二主体内开设有气流通道，且所述气流通道两端分别对应开设第二进气口与出气口，且所述出气口朝向小口端与焊丝之间的区域；且所述第二主体上还开设有供激光光束穿过的第二出光口，且所述第二出光口位于所述小口端与焊丝之间的区域。

优选的，所述激光钎焊工艺用气控系统还包括：至少一个气路传感器，且所述气路传感器用于监测所述第一气路组件和/或第二气路组件和/或第三气路组件中气体流动时的压力和/或流量数据。

优选的，所述激光钎焊工艺用气控系统还包括：主控制装置，其连接第一开关阀、压力调节阀、第二开关阀中的一项或几项，用于实时控制第一开关阀、压力调节阀、第二开关阀中的一项或几项的开关；和/或，连接所述气路传感器，用于接收所述气体流动时的压力和/或流量数据，以实现对气路的监控。

优选的，所述第一气路组件的气路保持常通；所述第二气路组件和/或第三气路组件的气路常关。

另一方面，还提供一种激光焊接设备，其包括：激光焊接头；保护镜片，其设置于所述激光焊接头内部的出光口处；防撞装置，其靠近所述激光焊接头，当所述激光焊接头与防撞装置发生碰撞时，通过所述防撞装置内部的压力变化产生碰撞报警信号；以及上述气控系统。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明中的激光钎焊工艺用气控系统整体为一种自动化的气动控制系统，可以解决因激光焊接头保护镜片污染受损而需要频繁的更换的问题，从而降低成本，保证焊接质量、生产节拍，提高生产效率；同时可控制激光焊接头防撞装置的气路连通供气，对此气路的压力大小、气路开关实现自动化控制，以提高激光钎焊设备整体的自动化程度。

附图说明

图1为本发明实施例一中激光钎焊工艺用气控系统的整体结构图；

图2为本发明实施例一中保护镜片吹气组件、前端吹气组件的剖视图；

图3a为本发明实施例一中保护镜片吹气组件的整体结构图；

图3b为本发明实施例一中保护镜片吹气组件的局部剖视图；

图3c为本发明实施例一中保护镜片吹气组件的纵剖图；

图4为本发明实施例一中保护镜片吹气组件的A-A剖视图；

图5为本发明实施例一中防撞组件的整体结构图；

图6为本发明实施例三中激光焊接设备的整体结构图。

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。

实施例一：

如图1-2所示，本发明中的激光钎焊工艺用气控系统包括：气控箱100；第一气路组件，其用于接入气体，且对激光焊接头200的保护镜片300进行吹气；第二气路组件，其出气口位于第一气路组件下方、焊丝400上方，用于在接入气体后对焊丝400上方空间进行吹气；以及第三气路组件，其用于接入气体，且将所述气体输送至激光焊接头200的防撞装置9；其中，所述气体为已经过去油、去水、过滤以及调压处理的压缩空气，且所述压缩空气的压力为5~6 bar。

具体的，如图1所示，所述第一气路组件包括：顺次连通的过滤器1、第一减压阀2以及保护镜片吹气组件3；其中，所述过滤器1对接入的气体进行二次过滤净化处理，以满足激光焊接头对空气的更高洁净要求，以此更好地保护镜片；经所述过滤器1过滤净化处理后的气体再经第一减压阀2减压处理后流入所述保护镜片吹气组件3，经所述保护镜片吹气组件3后对保护镜片300进行吹气；优选的，所述第一减压阀2对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为1.5~3bar（优选为2.0bar），即，经过第一减压阀2减压处理后，所述气体的压力调整为1.5~3bar（优选为2.0bar）。

进一步，如图1-2，3a-3c所示，本实施例中的保护镜片吹气组件3包括：第一主体32，其朝向且靠近所述保护镜片200设置，所述第一主体32开设有供激光光束L穿过的第一出光口323，且所述第一主体32内壁面开设有可通气体流动的环槽321，所述第一主体32外壁面开设有与所述环槽321连通的第一进气口322，本实施例中，所述第一主体32的形状可为规则几何体，如圆柱体、椭圆柱体、长方体、正方体等，也可为异形结构，其根据激光焊接头的具体结构组成而定，与激光焊接头匹配即可，其具体形状在此不做限定；锥形体31，其具有相互连通、供激光光束L穿过的大口端311以及小口端312，所述大口端311朝向所述保护镜片200设置，且与所述第一出光口323连通；优选的，为便于制造加工和保证结构强度，所述第一主体32与锥形体31可一体成型。

如图2，4所示，经第一减压阀2减压处理后的气体（图2，4中实线箭头所示）经所述第一进气口322流入所述保护镜片吹气组件3的第一主体32，在环槽321内形成环形气路，同时，气体在环形流动的过程中会向第一出光口323处喷射扩散，以形成覆盖保护镜片200的第一气帘，由此阻隔驱散烟雾及飞溅的焊渣。

同时，因为钎焊过程中需要一直持续对所述保护镜片200吹气保护，因此所述第一气路组件的气路保持常通，且可无需配置开关电磁阀，以持续阻隔驱散烟雾及飞溅的焊渣。

如图1所示，所述第二气路组件包括：顺次连通的第二减压阀4、第一开关阀5（优选为电磁阀）以及前端吹气组件6；其中，通过所述第一开关阀5控制气路开关；所述第二减压阀4对接入的气体进行减压处理，经减压处理后的气体流入所述前端吹气组件6，经所述前端吹气组件6后对焊丝400上方的、且位于小口端312与焊丝400之间的空间进行吹气；优选的，所述第二减压阀4对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为5~6bar（优选为5.5bar），即，经过第二减压阀4减压处理后，所述气体的压力调整为5~6bar（优选为5.5bar）。

进一步的，如图2所示，所述前端吹气组件6包括：第二主体61，且所述第二主体61内开设有气流通道612，且所述气流通道612两端分别对应开设第二进气口611与出气口614，且所述出气口614朝向小口端312与焊丝400之间的区域，并与所述焊丝400平行；同时，所述第二主体61上还开设有供激光光束L穿过的第二出光口613，且所述第二出光口613位于所述小口端312与焊丝400之间的区域。

激光光束L依次穿过第一出光口323、大口端311、小口端312以及第二出光口613后作用于焊丝400上，经第二减压阀4减压处理后的气体（图2中虚线箭头所示）经所述第二进气口611流入所述气流通道612，再经出气口614吹向小口端312与焊丝400之间的区域，以形成平行流动在焊丝400上方的第二气帘，由此从烟雾及焊渣飞溅产生的源头处阻隔和驱散烟雾及飞溅的焊渣；同时，由于第二气帘形成于小口端312与焊丝400之间的区域，且持续吹动，因此可在小口端312与焊丝400之间的区域形成局部负压环境，促使第一气帘的气体穿过锥形体31内部以及小口端312后朝向焊丝400流动，并进一步与第二气帘气体交汇，并被第二气帘气体气体带走，由此通过第一气帘、第二气帘气体的不断流动将气体中夹杂的烟雾、焊渣等吹向预定区域，最大程度地阻隔驱散烟雾及飞溅的焊渣，实现对保护镜片200的有效防护，且不阻碍激光照射、不损耗激光能量。

如图1所示，所述第三气路组件包括：顺次连通的压力调节阀7与第二开关阀8（优选为电磁阀），且所述第二开关阀8连通所述防撞装置9（如图5所示）的第三进气口,本实施例中，所述防撞装置9包括 APPLIED ROBOTICS生产的 QS800型防撞盘；其中，通过所述第二开关阀8控制气路开关；所述压力调节阀7对接入的气体进行压力调节，以满足防撞装置9不同状态对压力的不同需求，经压力调节后的气体流入所述防撞装置9，以通过压力变化实现激光焊接头的防撞报警。

进一步的，为防止部件损伤，所述过滤器1、第一减压阀2、第二减压阀4、第一开关阀5、压力调节阀7、第二开关阀8中的一项或几项容纳于所述气控箱100中。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，所述激光钎焊工艺用气控系统还包括：至少一个气路传感器10，且所述气路传感器10用于监测所述第一气路组件和/或第二气路组件和/或第三气路组件中气体流动时的压力和/或流量数据；以及主控制装置500，其连接第一开关阀5、压力调节阀7、第二开关阀8中的一项或几项，用于实时控制第一开关阀5、压力调节阀7、第二开关阀8中的一项或几项的开关，和/或，主控制装置500连接所述气路传感器10，用于实时接收所述气体流动时的压力和/或流量数据，以实现对气路的实时监控，且当发生异常时产生报警信号和/或执行预设动作。

所述第二气路组件和/或第三气路组件的气路常关，根据实际需要通过主控制装置500控制第一开关阀5、压力调节阀7、第二开关阀8中的一项或几项开闭，以实现气路的开通或者关闭。

实施例三：

本实施例还提供一种激光焊接设备，如图2,6所示，其包括：激光焊接头200；保护镜片300，其设置于所述激光焊接头200内部的出光口处；防撞装置9，其靠近所述激光焊接头200，当所述激光焊接头200与防撞装置9发生碰撞时，通过所述防撞装置9内部的压力变化产生碰撞报警信号；以及实施例一或二所述的激光钎焊工艺用气控系统，且所述保护镜片吹气组件3、前端吹气组件6均靠近所述激光焊接头设置，使得激光光束依次穿过所述第一出光口323、大口端311、小口端312以及第二出光口613后作用于焊丝400上。

综上所述，本发明将各类吹气模块、阀门、传感器、主控制装置集成为一个自动化的气动控制系统，通过保护镜片吹气组件、前端吹气组件形成上下2层气帘状的保护气流，两者相互配合，以通过气帘最大程度地阻隔驱散烟雾及飞溅的焊渣，实现对激光焊接头保护镜片的有效防护，且不阻碍激光照射、不损耗激光能量，由此解决因激光焊接头保护镜片污染受损而需要频繁的更换的问题，从而降低成本，保证焊接质量、生产节拍，提高生产效率；同时可控制激光焊接头防撞装置的气路连通供气，对此气路的压力大小、气路开关实现自动化控制，以提高激光钎焊设备整体的自动化程度。

需要说明的是，上述实施例一至三中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。同时，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (10)

1.一种激光钎焊工艺用气控系统，其特征在于，包括：第一气路组件，其用于接入气体，且形成环形气路，以对激光焊接头的保护镜片进行吹气；第二气路组件，其出气口位于第一气路组件下方、焊丝上方，用于在接入气体后对焊丝上方空间进行吹气；以及第三气路组件，其用于接入气体，且将所述气体输送至激光焊接头的防撞装置。

2.如权利要求1所述的气控系统，其特征在于，所述第一气路组件包括：顺次连通的过滤器、第一减压阀以及保护镜片吹气组件；所述过滤器对接入的气体进行过滤净化处理；经所述过滤器过滤净化处理后的气体再经第一减压阀减压处理后流入所述保护镜片吹气组件，经所述保护镜片吹气组件后对保护镜片进行吹气。

3.如权利要求2所述的气控系统，其特征在于，所述保护镜片吹气组件包括：第一主体，其开设有供激光光束穿过的第一出光口，且所述第一主体内壁面开设有可通气体流动的环槽，所述第一主体外壁面开设有与所述环槽连通的第一进气口；锥形体，其具有相互连通、供激光光束穿过的大口端以及小口端，所述大口端与所述第一出光口连通。

4.如权利要求3所述的气控系统，其特征在于，所述第二气路组件包括：顺次连通的第二减压阀、第一开关阀以及前端吹气组件；所述第二减压阀对接入的气体进行减压处理，经减压处理后的气体流入所述前端吹气组件，经所述前端吹气组件后对焊丝上方的、且位于小口端与焊丝之间的空间进行吹气。

5.如权利要求4所述的气控系统，其特征在于，所述第一减压阀对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为1.5~3bar，和/或，所述第二减压阀对所述气体进行减压处理时的压力设定范围为5~6bar。

6.如权利要求4所述的气控系统，其特征在于，所述前端吹气组件包括：第二主体，且所述第二主体内开设有气流通道，且所述气流通道两端分别对应开设第二进气口与出气口，且所述出气口朝向小口端与焊丝之间的区域；

且所述第二主体上还开设有供激光光束穿过的第二出光口，且所述第二出光口位于所述小口端与焊丝之间的区域。

7.如权利要求4所述的气控系统，其特征在于，所述激光钎焊工艺用气控系统还包括：至少一个气路传感器，且所述气路传感器用于监测所述第一气路组件和/或第二气路组件和/或第三气路组件中气体流动时的压力和/或流量数据。

8.如权利要求7所述的气控系统，其特征在于，所述激光钎焊工艺用气控系统还包括：主控制装置，其连接第一开关阀、压力调节阀、第二开关阀中的一项或几项，用于实时控制第一开关阀、压力调节阀、第二开关阀中的一项或几项的开关；和/或，连接所述气路传感器，用于接收所述气体流动时的压力和/或流量数据，以实现对气路的监控。

9.如权利要求1-8任一项所述的气控系统，其特征在于，所述第一气路组件的气路保持常通；所述第二气路组件和/或第三气路组件的气路常关。

10.一种激光焊接设备，其包括：激光焊接头；保护镜片，其设置于所述激光焊接头内部的出光口处；防撞装置，其靠近所述激光焊接头，当所述激光焊接头与防撞装置发生碰撞时，通过所述防撞装置内部的压力变化产生碰撞报警信号；其特征在于，所述激光焊接设备还包括如权利要求9所述的气控系统。

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