CN110576261A - 激光叠焊装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及熔深自适应激光叠焊装置及其焊接方法。熔深自适应激光叠焊装置包括：激光焊接组件，用于从正面向叠加放置的待焊接板释放激光束；压紧件，用于调节叠加放置的待焊接板间的距离；检测组件，用于从背面检测叠加放置的待焊接板的焊接参数，控制器，用于根据检测组件检测的焊接参数实时调整压紧件的压紧程度和/或激光焊接组件的操作参数。实时检测待焊接板被焊接时背面温度和焊缝红热图像等焊接参数，控制系统根据焊接参数控制压紧件的压紧程度或激光焊接组件的操作参数，及时调整焊接过程，实现焊缝熔深的自适应稳定控制。

Description

激光叠焊装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及熔深自适应激光叠焊装置及其焊接方法。

背景技术

激光焊接由于具有能量密度高、焊缝深宽比大、热影响区小、焊接质量好、容易实现自动化等优点而被广泛应用于工业生产的各领域。叠焊作为一种重要的材料连接方式在实际生产中也有着广泛的应用。

中薄板双层板重叠进行焊接，一般要求在两块板叠放状态下在上部板表面进行焊接，底板具有一定熔深但不焊透，较先进的焊接方法一般采用激光焊接，但在焊接过程中，存在焊接熔深难控制问题，或底板熔深不足，或熔深过大甚至烧穿，且焊缝内部质量难以检测和追溯。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种熔深自适应激光叠焊装置，还提供一种熔深自适应激光叠焊装置的焊接方法，旨在至少解决激光叠焊中焊接熔深难控制的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光叠焊装置，用于焊接呈叠加式设置的至少两个待焊接板，其包括：

激光焊接组件，用于从正面向叠加放置的待焊接板释放激光束；

压紧件，用于调节叠加放置的所述待焊接板间的距离；

检测组件，用于从背面检测叠加放置的所述待焊接板的焊接参数，

控制器，用于根据所述检测组件检测的所述焊接参数实时调整所述压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。

在一些实施例中，优选为，所述焊接参数包括：温度和/或焊缝热图像。

在一些实施例中，优选为，所述检测组件包括：温度传感器和/或热图像传感器。

在一些实施例中，优选为，所述压紧件包括：压紧滚轮。

本发明还提供了一种激光叠焊装置的焊接方法，其包括：

激光焊接组件从正面对叠加的待焊接板进行激光焊接；

检测组件从背面检测叠加的待焊接板被焊接时的焊接参数；

控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。

在一些实施例中，优选为，所述焊接参数包括：温度和/或焊缝热图像。

在一些实施例中，优选为，所述控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数包括：

判断检测的温度低于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像小于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述压紧件的压紧程度包括：增大压紧件的压力，以减小相邻两个待焊接板间的距离。

在一些实施例中，优选为，判断检测的温度低于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像小于区域标准值；则，

所述控制器调整所述激光焊接组件的操作参数包括：增大激光焊接组件的激光能量，和/或，减小激光光斑离焦量，和/或，使用连续激光输出模式。

在一些实施例中，优选为，所述控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数包括：

判断检测的温度高于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像大于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述激光焊接组件的操作参数包括：减小激光焊接组件的激光能量，和/或，增大激光光斑离焦量，和/或，使用脉冲激光输出模式。

在一些实施例中，优选为，判断检测的温度高于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像大于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述压紧件的压紧程度包括：减小压紧件的压力，以增大相邻两个待焊接板间的距离。

(三)有益效果

本发明所提供的熔深自适应激光叠焊装置包括：激光焊接组件，用于从正面向叠加放置的待焊接板释放激光束；压紧件，用于调节叠加放置的所述待焊接板间的距离；检测组件，用于从背面检测叠加放置的所述待焊接板的焊接参数，控制器，用于根据所述检测组件检测的所述焊接参数实时调整所述压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。焊接中，激光焊接组件从正面对放置于焊接板放置区的叠加的待焊接板进行激光焊接；检测组件从背面检测焊接参数；控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。本发明针对中薄板双层板重叠焊接过程中熔深监测和控制难题，通过检测组件，比如：温度灵敏传感器和热图像传感器，从背面实时检测待焊接板被焊接时的焊接参数，比如：背面温度和焊缝红热图像传输，控制系统中实时记录温度曲线和热图像影像，并根据焊接参数控制压紧件的压紧程度或激光焊接组件的操作参数，及时调整焊接过程，进而实现焊缝熔深的自适应稳定控制。焊后焊缝的熔深情况可调取控制系统中的温度记录曲线和热图像影像进行分析和追溯，实现焊接质量的在线控制和焊后质量可追溯性，大大提高中薄板双层板重叠焊接质量稳定性。

附图说明

图1为本发明一个实施例中熔深自适应激光叠焊装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中熔深自适应激光叠焊装置在焊接过程中根据温度值判断熔深情况的示意图；

图3为本发明一个实施例中熔深自适应激光叠焊装置在焊接过程中根据热图像直径判断熔深情况的示意图。

说明：1、控制器；2、压紧件；3、激光焊接组件；4、熔池；5、待焊接板；6、焊缝；7、热图像传感器；8、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

本发明提供一种熔深自适应激光叠焊装置，如图1所示，其包括：焊接板放置区、激光焊接组件3、压紧件2、检测组件和控制器1，其中，焊接板放置区用于放置叠加的至少两个待焊接板5；激光焊接组件3从正面向叠加放置的带焊接板释放激光束；压紧件2用于将焊接板放置区内的叠加的待焊接板5压紧，调节叠加放置的待焊接板间的距离；检测组件从背面检测叠加放置的待焊接板的焊接参数，控制器1用于根据检测组件检测的焊接参数实时调整压紧件2的压紧程度和/或激光焊接组件3的操作参数。

在一些实施例中熔深自适应激光叠焊装置设置主体结构，主体结构中构造处焊接板放置区，用于放置叠放的待焊接板。为了方便描述，叠加后的待焊接板为整体结构，待焊接板5的焊接面为正面，与焊接面相对的面为待焊接板5的背面。当需要激光叠焊时，将待焊接板5叠放在焊接板放置区，叠焊的待焊接板5至少包括两个待焊接板5，激光从正方释放激光束，在上层的待焊接板5上形成熔池4，激光仅穿过最后一层待焊接板的部分厚度。

需要说明的是，在一些实施例中，激光叠焊装置不需要设置独立的焊接板放置区，可基于现有环境或放置叠加焊接板的结构，直接从正面释放激光束，从背面检测焊接参数，并根据焊接参数进行熔深自适应的调整。

叠加后的待焊接板可以上为正面下为背面的放置，也可以根据实际环境的需要竖向放置，倾斜放置，亦或下为正面上为背面的上下放置。

下面以上为正面下为背面的放置方式为例进行举例描述，压紧件2对上层的待焊接板施加压紧力，缩小叠加的待焊接板5之间的间距，压紧件2随着焊接位置移动，且压紧件2的压紧力可调，根据控制器1的控制信号改变压紧力。在一些实施例中，压紧件2选用压紧滚轮，压紧件2设置压紧块，底部设置滚轮，压紧块的重力传到滚轮，滚轮将压紧力施加在待焊接板5，并随着焊接位的移动而滚动，以带动压紧件2处于焊接位的前方。在其他的实施例中，也可以采用其他形式的滑动而非滚动的压紧结构。

检测组件用于检测焊接位置的焊接对待焊接板5的影响参数，即焊接参数，以确定焊接是否符合要求(即达到要求值、标准值)。控制器1判断与要求值或标准值不一致时，则改变压紧件2的压紧程度，调节激光焊接组件3的操作参数，比如：光功率、离焦量、输出模式等等，进而实现焊缝6熔深的自适应稳定控制。

在一些实施例中，焊接参数可为：叠加放置的待焊接板5背面正对焊接处的温度和/或焊缝的热图像。其中正对焊接处是优选位置，正对焊接处能更准确获取温度值和热图像，获取热量传送速度和传送大小。当然不是非常正对焊接处也属于本申请的保护范围。

为了获得这些焊接参数，在一些实施例中，采用温度传感器8获取温度值，通过热图像传感器7获取热图像。控制器1根据获取的温度值，形成温度曲线，根据热图像确定高温区直径的测量线。控制器1中存储有温度标准线和高温区直径标准线，用做对比。

控制器1在根据检测组件检测的焊接参数调整压紧件2的压紧程度、激光焊接组件3的操作参数时，具体包括：

如图2、3所示，判断叠加的待焊接板5的背面正对焊缝6处的温度低于温度标准值，和/或，叠加的待焊接板5的背面热图像高温区域小于高温区域标准值；则：

一些实施例中采用方式一，控制器1调整压紧件2的压紧程度，增大压紧件2的压力，减小相邻两个待焊接板间的距离。

一些实施例中采用方式二，控制器1调整激光焊接组件3的操作参数，增大激光焊接组件3的激光能量，和/或，减小激光光斑离焦量，和/或，使用连续激光输出模式。

另一些实施例中采用方式一和方式二相结合。

如图2、3所示，判断叠加的待焊接板5背面正对焊缝6处的温度高于温度标准值，和/或，底层待焊接板5背面热图像高温区域大于区域标准值；则：

一些实施例中采用方式三，控制器1调整激光焊接组件3的操作参数，减小激光焊接组件3的激光能量，和/或，增大激光光斑离焦量，和/或，使用脉冲激光输出模式。

一些实施例中采用方式四，控制器1调整压紧件2的压紧程度，减小压紧件2的压力，增大相邻两个待焊接板间的距离。

另一些实施例中采用方式三和方式四相结合。

针对中薄板双层板重叠焊接过程中熔深监测和控制难题，通过在朝向所述焊接板放置区的背面设置检测组件，比如：温度灵敏传感器和热图像传感器7，实时检测待焊接板5被焊接时的焊接参数，比如：背面温度和焊缝6红热图像传输，控制系统中实时记录温度曲线和热图像影像，并根据焊接参数控制压紧件2的压紧程度或激光焊接组件3的操作参数，及时调整焊接过程，进而实现焊缝6熔深的自适应稳定控制。焊后焊缝6的熔深情况可调取控制系统中的温度记录曲线和热图像影像进行分析和追溯，实现焊接质量的在线控制和焊后质量可追溯性，大大提高中薄板双层板重叠焊接质量稳定性。

接下来，本发明还提供了一种熔深自适应激光叠焊装置的焊接方法，参照图1所示，其包括：

步骤110，激光焊接组件3从正面对叠加的待焊接板进行激光焊接；

步骤112，检测组件从背面检测叠加的待焊接板被焊接时的焊接参数；

步骤114，控制器1根据检测组件检测的焊接参数调整压紧件2的压紧程度和/或激光焊接组件3的操作参数。

待焊接板5以叠放的方式放置于焊接板放置区内后，激光焊接组件3以设定值从正面对待焊接板5释放激光，随之，检测组件开始从背面检测底层焊接板的焊接参数，比如：温度值和热图像，确定高温区(为正对焊接位的区域)的温度值和热图像，根据高温区的热图像确定高温区热图像的直径。控制器1将高温区的温度值、热图像直径建立点，并练成线，将点值与标准温度线、直径标准线进行比对，确定是熔深过大还是熔深不足，并根据确定的结果调整压紧程度、激光焊接组件3的操作参数，方便控制熔深，并根据实时熔深情况进行自适应性调整。而后期，还可以根据控制器1形成的温度线、直径侧量线进行后期核实、比对和分析等。

需要说明的是，在与温度标准线和热图像直径标准线进行分别比对时，先后顺序可以自由选择，可以则其一进行比较，也可以通过两个维度进行分别比较，以提高判断的准确性。

下面给出多个实施例：

实施例1

参照图1，叠放中薄板(即待焊接板5)，激光焊接枪头(属于激光焊接组件3)在中薄板的上部进行焊接，相对底层的中薄板背面设置温度(灵敏)传感器和热图像传感器7，温度(灵敏)传感器实时采集背面温度，热图像传感器7实时采集焊缝6红热图像，并将温度值和焊缝6红热图像传输至包含控制器1的控制系统，控制系统中实时记录温度曲线和热图像影像，并与温度标准线，热图像直径标准线做对比。

如图2、3所示，当熔深不足时，底层待焊接板5背面热量传输少，表面温度低于标准值，热图像高温区域减小(直径小于直径标准线的直径)，此时压紧滚轮的压紧力增加，以增加上下两板贴实度以利于增加焊接熔深，而且可以同时提高激光能量，减小激光光斑离焦量，使用连续输出模式(三者可同时调整，也可择一，或择二调整)，从而提高焊接熔深。

焊后焊缝6的熔深情况可调取控制系统中的温度记录曲线和热图像直径测量线进行分析和追溯，实现焊接质量的在线控制和焊后质量追溯。

需要说明的是，当熔深不足时，首先考虑待焊接板5之间的贴实度是否满足要求，当调整时也首先调整待焊接板5之间的贴实度。

实施例2

本实施例是对实施例1中不同的比对结果给出不同的控制方式。

控制系统中实时记录温度曲线和热图像影像，并与温度标准线，热图像直径标准线做对比。

如图2、3所示，如果熔深过大，底层待焊接板5背面热量传输大，表面温度高于标准值，热图像高温区域增大，直径大于直径标准线上的标准值，此时减小激光能量，增大激光光斑离焦量，或使用脉冲激光输出模式(三者可同时调整，也可择一，或择二调整)，从而减小焊接熔深。另外，某些情况下可以将压紧滚轮的压紧力适当减小，减小上下两板贴实度以利于控制焊接熔深。

本发明针对中薄板双层板(即两层待焊接板)重叠焊接过程中熔深监测和控制难题，通过在底层待焊接板背面或靠近背面设置温度灵敏传感器和热图像传感器，实时将背面温度和焊缝红热图像传输至控制系统，控制系统中实时记录温度曲线和热图像影像，并与标准值做对比，如果焊接过程出现异常，控制系统将信号传输至焊接控制单元，及时调整焊接过程，进而实现焊缝熔深的自适应稳定控制，焊后焊缝的熔深情况可调取控制系统中的温度记录曲线和热图像影像进行分析和追溯，实现焊接质量的在线控制和焊后质量可追溯性，大大提高激光叠焊的质量稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光叠焊装置，其特征在于，包括：

激光焊接组件，用于从正面向叠加放置的待焊接板释放激光束；

压紧件，用于调节叠加放置的所述待焊接板间的距离；

检测组件，用于从背面检测叠加放置的所述待焊接板的焊接参数，

控制器，用于根据所述检测组件检测的所述焊接参数实时调整所述压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。

2.根据权利要求1所述的激光叠焊装置，其特征在于，所述焊接参数包括：温度和/或焊缝热图像。

3.根据权利要求2所述的激光叠焊装置，其特征在于，所述检测组件包括：温度传感器和/或热图像传感器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光叠焊装置，其特征在于，所述压紧件包括：压紧滚轮。

5.一种激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，包括：

激光焊接组件从正面对叠加的待焊接板进行激光焊接；

检测组件从背面检测叠加的待焊接板被焊接时的焊接参数；

控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数。

6.如权利要求5所述的激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，所述焊接参数包括：温度和/或焊缝热图像。

7.如权利要求6所述的激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，所述控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数包括：

判断检测的温度低于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像小于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述压紧件的压紧程度包括：增大压紧件的压力，以减小相邻两个待焊接板间的距离。

8.如权利要求7所述的激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，判断检测的温度低于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像小于区域标准值；则，

所述控制器调整所述激光焊接组件的操作参数包括：增大激光焊接组件的激光能量，和/或，减小激光光斑离焦量，和/或，使用连续激光输出模式。

9.如权利要求6所述的激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，

所述控制器根据所述检测组件检测的所述焊接参数调整压紧件的压紧程度和/或所述激光焊接组件的操作参数包括：

判断检测的温度高于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像大于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述激光焊接组件的操作参数包括：减小激光焊接组件的激光能量，和/或，增大激光光斑离焦量，和/或，使用脉冲激光输出模式。

10.如权利要求9所述的激光叠焊装置的焊接方法，其特征在于，判断检测的温度高于温度标准值，和/或，判断焊缝热图像大于高温区域标准值；则，

所述控制器调整所述压紧件的压紧程度包括：减小压紧件的压力，以增大相邻两个待焊接板间的距离。