CN110919189A - 一种手持式激光焊接设备及其安全操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手持式激光焊接设备，包括手持摆动焊接头、控制盒、激光器、激光水冷机、保护气体装置以及安全保护控制电路；还包括与激光器连接的激光器启动按钮和激光器电源按钮，以及设置在激光水冷机的水箱上的温度传感器；安全保护控制电路包括由焊头本体、安全夹和按压式开关通过控制盒组成的安全保护回路，由激光水冷机、激光器电源按钮和激光器启动按钮组成的电源安全保护电路，以及由激光水冷机和温度传感器组成的温控安全保护电路。本发明还提供一种手持式激光焊接设备的安全操作方法。本发明可有效避免操作人员误操作导致存在安全隐患，实现保护激光操作人员及现场工作人员的安全，从而提高手持焊接的安全性能。

Description

一种手持式激光焊接设备及其安全操作方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，涉及一种手持式激光焊接设备及其安全操作方法。

背景技术

激光焊接，作为一种先进的焊接技术，配合自动化控制系统，现已经普遍应用于电子、汽车等行业。然而，现有激光自动化焊接设备通常具有较大的体积及标准化的焊接机头，对于一些小批量生产或被焊工件外形特殊不便于自动化焊接时，由于有的部件角度特殊和高度不定，有的甚至在腔体内部，传统的激光自动化焊接设备是无法进行焊接操作的，因此传统的激光自动化焊接设备由于其灵活性和通用性的问题，难以满足上述类型的焊接需求。

近年来出现了手持式的焊接装置，虽然操作人员通过这些焊接装置可以实现基本的焊接功能，但是在安全保护这方面还是有所欠缺，当操作人员对手持式的焊接装置有误操作或使用不当，或者焊接装置温度过高，则存在一定的安全隐患，而且还会影响工件焊接的精度和质量。

另外，采用手工焊接时，焊工需要经过相当长时间的训练才能使焊缝勉强达到合格的水平，很难保证焊缝达到美观平整的要求。尤其在焊接过程中，由于薄板焊接易烧穿，所以焊接速度必须快，同时焊枪比较笨重，而人为操作时由于焊枪没有很好的依靠，无法达到自动焊接的直线度和匀速度，所以造成焊后焊缝直线度不佳导致焊偏、宽窄不均、甚至烧穿。

在手持焊接过程中，对于两个工件呈一定角度的对接焊缝、以及两个工件呈一定角度拼接形成的外角连接焊缝，由于手持焊接的焊枪没有支撑，导致这两个部位的焊缝无法焊接，或者焊接效果不佳，不仅大大影响焊后焊缝成型的质量，焊缝无法达到外美内实的标准，而且当焊缝的质量不过关，需要割掉重新焊接，这样既浪费时间又浪费材料，焊接工作效率低，影响了工作进度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种手持式激光焊接设备，该手持式激光焊接设备可有效避免操作人员误操作导致存在安全隐患，从而提高手持焊接的安全性能。另一个目的在于，本发明还提供一种能使得焊接轨迹保持直线度以提高焊接质量和效率的手持式激光焊接设备。

本发明还提供一种手持式激光焊接设备的安全操作方法，实现保护激光操作人员及现场工作人员的安全，从而大大提高了激光操作的安全性。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种手持式激光焊接设备，其特征在于：包括手持摆动焊接头、控制盒、激光器、激光水冷机、保护气体装置以及安全保护控制电路；所述激光器通过光纤与手持摆动焊接头连接，激光水冷机与手持摆动焊接头以水冷循环的形式连接，实现对手持摆动焊接头进行水冷；所述保护气体装置通过控制盒与手持摆动焊接头连接；所述手持摆动焊接头包括焊头本体、安全夹和设置在焊头本体上的按压式开关；所述控制盒分别与激光器、安全夹和按压式开关连接；

还包括与激光器连接的激光器启动按钮和与激光器启动按钮连接的激光器电源按钮，以及设置在激光水冷机的水箱上的温度传感器；

所述安全保护控制电路包括由焊头本体、安全夹和按压式开关通过控制盒组成的安全保护回路，由激光水冷机、激光器电源按钮和激光器启动按钮组成的电源安全保护电路，以及由激光水冷机和温度传感器组成的温控安全保护电路。

在上述方案中，本发明的手持式激光焊接设备增加了安全保护控制电路，可大大提高该设备的安全保护性能，电源安全保护电路和安全保护回路可有效避免操作人员对手持式的焊接装置有误操作或使用不当引起的安全事故，温控安全保护电路则有效解决焊接装置温度过高导致手持摆动焊接头的准直和聚焦镜片等内部部件损坏的问题，也可以保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。因此，本发明手持式激光焊接设备可有效避免操作人员误操作导致存在安全隐患，从而提高手持焊接的安全性能。

所述安全保护回路还包括与控制盒端口连接的线圈KA5；所述安全夹和按压式开关分别与控制盒连接，通过控制线圈KA5得电闭合的方式形成回路；当焊头本体与工件接触，线圈KA5得电闭合，通过对按压式开关操作则实现安全保护回路的接通。

所述电源安全保护电路由断路器QF3、激光水冷机的开关、线圈KA1、激光器电源按钮SB2、线圈KA2、线圈KM1以及激光器启动按钮SB3通过外围电路连接组成；当闭合断路器QF3，则通过温控安全保护电路控制激光水冷机的开关闭合，线圈KA1得电闭合；当操作激光器电源按钮SB2，则与线圈KA1连接的线圈KA2和线圈KM1均得电闭合，实现通过操作激光器启动按钮SB3使得激光器得电。本发明通过激光器电源按钮SB2的设定实现保护激光器和防止误操作。当激光水冷机发生故障或者超出设定的温度，则控制激光水冷机的开关断开，此时，也断开了激光器的电源，实现保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。

本发明还包括手持摆动焊接头的导向装置；所述导向装置包括导轨，导轨上开设有用于供手持摆动焊接头激光射出的出光槽；所述导轨上开设有用于供手持摆动焊接头进行导向的导向槽；所述导向槽与出光槽平行并位于出光槽的两侧，实现手持摆动焊接头沿导向槽移动时，手持摆动焊接头的激光从出光槽射出，对工件进行焊接。

操作工人在操作手持摆动焊接头时，可沿导轨的导向槽移动保持直线移动轨迹，同时，手持摆动焊接头的激光可从出光槽射出并对工件进行焊接，该导轨可作为手持摆动焊接头直线焊接的辅助工具，可保证焊接的直线度、匀速度和稳定性，从而提高焊接的质量和效率。另外，该导向装置可作为焊枪的支撑件，特别适用于对两个工件呈一定角度的对接部位进行焊接，对两个工件呈一定角度拼接形成的外角连接部位进行焊接，以及工件的边角焊接、工件的对接焊接，工件的搭接焊接和工件的外角焊接。该导轨为黄铜材料制成的导轨。导轨材料选用黄铜材料，可以提高散热性能。

所述出光槽为沿导轨长度方向开设的通槽。

所述导向槽为沿导轨长度方向开设的凹槽；每条所述导向槽的两端端部长于出光槽的两端端部。这样可以保证焊缝末端的直线度。

所述出光槽的端部与导轨的端部之间设置有卡设槽；所述卡设槽开设于导轨底面；所述卡设槽的横截面呈三角形。卡设槽的设计可以使得导轨稳定放置于焊接位，给手持激光焊枪提供稳定的支撑。

本发明还包括用于供手持摆动焊接头在导向槽导向的喷嘴；所述喷嘴为套筒；使用时，喷嘴一端与手持摆动焊接头连接，另一端沿导向槽移动。

所述喷嘴沿导向槽移动的一端为“U”字形导向部；所述“U”字形导向部的两个端部为与导向槽匹配的导向端。本发明喷嘴的导向部设置为“U”字形可适合出光槽与导向槽的排列。

一种手持式激光焊接设备的安全操作方法，其特征在于：

第一步，打开保护气体气阀和空气开关，并开启激光水冷机，待激光水冷机工作正常且水温在设定的温度,当激光水冷机指示灯亮时，则进行第二步；否则，则说明激光水冷机故障或者没有达到设定的温度；

第二步，将激光器电源按钮SB2扭到开启状态，再按下激光启动按钮SB3，当激光启动按钮SB3的灯亮时，则激光器得电运行，通过激光器电源按钮SB2的设定实现保护激光器和防止误操作；

第三步，通过与控制盒连接的人机界面设置激光功率、振镜速度和振镜宽度，并保存参数；

第四步，通过人机界面设置功能：启用振镜，启用允许出光；

第五步，将安全夹夹到所焊工件上，并开启手持摆动焊接头的按压式开关；当手持摆动焊接头与工件接触，则实现通过激光对工件进行焊接；

第六步，焊接结束后，通过人机界面设置功能：关闭振镜，关闭允许出光；

第七步，按下激光启动按钮SB3，激光启动按钮SB3的灯熄灭；将激光器电源按钮SB2扭到关闭状态；

第八步，关闭空气开关，关闭保护气体气阀；

在手持摆动焊接头焊接过程中，当激光水冷机发生故障或者超出设定的温度，则控制激光水冷机的开关断开，此时，也断开了激光器的电源，实现保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。

通过上述安全操作方法，可以保护激光器和有效防止误操作，实现保护激光操作人员及现场工作人员的安全，从而大大提高了激光操作的安全性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明手持式激光焊接设备可有效避免操作人员误操作导致存在安全隐患，从而提高手持焊接的安全性能。

2、本发明手持式激光焊接设备的导向装置结构简单和实用性强，在焊接过程中，该导向装置使得焊枪运行轨迹保持直线，不仅大大降低焊工的劳动强度和操作难度，而且可提高焊接质量和焊接效率。

3、本发明手持式激光焊接设备的安全操作方法，实现保护激光操作人员及现场工作人员的安全，从而大大提高了激光操作的安全性。

附图说明

图1是本发明手持式激光焊接设备的原理框图；

图2是本发明电源安全保护电路的主电路图；

图3是本发明电源安全保护电路的控制电路一；

图4是本发明电源安全保护电路的控制电路二；

图5是本发明控制盒示意图；

图6是本发明手持摆动焊接头的示意图；

图7是本发明导向装置中导轨示意图；

图8是图6中A处示意图；

其中，1为手持摆动焊接头、2为控制盒、3为激光器、4为激光水冷机、5为保护气体装置、6为水冷入口、7为水冷出口、8为保护气体入口、9为按压式开关、10为导轨、11为喷嘴、12为出光槽、13为导向槽、14为卡设槽、15为导向端、16为安全夹、17为温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1至图8所示，本发明手持式激光焊接设备包括手持摆动焊接头1、控制盒2、激光器3、激光水冷机4、保护气体装置5以及安全保护控制电路，其中，激光器3通过光纤与手持摆动焊接头1连接，激光水冷机4与手持摆动焊接头1以水冷循环的形式连接，即与水冷入口6和水冷出口7连接，实现对手持摆动焊接头1进行水冷。保护气体装置5通过控制盒2与手持摆动焊接头1的保护气体入口8连接，手持摆动焊接头1包括焊头本体、安全夹16和设置在焊头本体上的按压式开关9，控制盒2分别与激光器3、安全夹16和按压式开关9连接。

本发明还包括与激光器3连接的激光器启动按钮SB3和与激光器启动按钮SB3连接的激光器电源按钮SB2，以及设置在激光水冷机4的水箱上的温度传感器17。本发明的安全保护控制电路包括由焊头本体、安全夹16和按压式开关9通过控制盒2组成的安全保护回路，由激光水冷机4、激光器电源按钮SB2和激光器启动按钮SB3组成的电源安全保护电路，以及由激光水冷机4和温度传感器17组成的温控安全保护电路。

具体地说，安全保护回路还包括与控制盒2端口连接的线圈KA5，安全夹16和按压式开关9分别与控制盒2连接，通过控制线圈KA5得电闭合的方式形成回路；当焊头本体与工件接触，线圈KA5得电闭合，通过对按压式开关9操作则实现安全保护回路的接通。

电源安全保护电路由断路器QF3、激光水冷机4的开关、线圈KA1、激光器电源按钮SB2、线圈KA2、线圈KM1以及激光器启动按钮SB3通过外围电路连接组成；当闭合断路器QF3，则通过温控安全保护电路控制激光水冷机4的开关闭合，线圈KA1得电闭合；当操作激光器电源按钮SB2，则与线圈KA1连接的线圈KA2和线圈KM1均得电闭合，实现通过操作激光器启动按钮SB3使得激光器得电。

本发明还包括手持摆动焊接头1的导向装置，该导向装置包括由黄铜材料制成的导轨10和由铜材料制成的喷嘴11，其中，导轨10上开设有用于供手持激光焊枪激光射出的出光槽12，导轨10上开设有用于供手持摆动焊接头1进行导向的导向槽13，该导向槽13与出光槽12平行并位于出光槽12的两侧，使用时，喷嘴11与手持摆动焊接头1连接，手持摆动焊接头1通过喷嘴11沿导向槽13移动时，手持摆动焊接头1的激光从出光槽12射出，对工件进行焊接。

具体地说，出光槽12为沿导轨10长度方向开设的通槽。导向槽13为沿导轨10长度方向开设的凹槽，两条导向槽13的两端端部长于出光槽12的两端端部。为了使得导轨10稳定放置于焊接位，出光槽12的端部与导轨10的端部之间设置有卡设槽14，该卡设槽14横截面呈三角形，并开设于导轨10底面，该设计给手持摆动焊接头1提供稳定的支撑。

本发明的喷嘴11为套筒，其沿导向槽13移动的一端为“U”字形导向部，该“U”字形导向部的两个端部为与导向槽13匹配的导向端15，“U”字形导向部的中部为激光发射区。该喷嘴11的导向部设置为“U”字形可适合出光槽12与导向槽13的排列。

操作工人在操作手持摆动焊接头1时，可沿导轨10的导向槽13移动保持直线移动轨迹，同时，手持摆动焊接头1的激光可从出光槽12射出并对工件进行焊接，该导轨10可作为手持摆动焊接头1直线焊接的辅助工具，可保证焊接的直线度、匀速度和稳定性，从而提高焊接的质量和效率。另外，该导向装置可作为手持摆动焊接头1的支撑件，特别适用于对两个工件呈一定角度的对接部位进行焊接，对两个工件呈一定角度拼接形成的外角连接部位进行焊接，以及工件的边角焊接、工件的对接焊接，工件的搭接焊接和工件的外角焊接。

本发明手持式激光焊接设备的安全操作方法是这样的：

第一步，打开保护气体气阀和空气开关，并开启激光水冷机4，待激光水冷机4工作正常且水温在设定的温度,当激光水冷机4指示灯亮时，则进行第二步；否则，则说明激光水冷机4故障或者没有达到设定的温度；

第二步，将激光器电源按钮SB2扭到开启状态，再按下激光启动按钮SB3，当激光启动按钮SB3的灯亮时，则激光器3得电运行，通过激光器电源按钮SB2的设定实现保护激光器3和防止误操作；

第三步，通过与控制盒2连接的人机界面设置激光功率、振镜速度和振镜宽度，并保存参数；

第四步，通过人机界面设置功能：启用振镜，启用允许出光；

第五步，将安全夹16夹到所焊工件上，并开启手持摆动焊接头1的按压式开关9；当手持摆动焊接头1与工件接触，则实现通过激光对工件进行焊接；

第六步，焊接结束后，通过人机界面设置功能：关闭振镜，关闭允许出光；

第七步，按下激光启动按钮SB3，激光启动按钮SB3的灯熄灭；将激光器电源按钮SB2扭到关闭状态；

第八步，关闭空气开关，关闭保护气体气阀；

在手持摆动焊接头焊接过程中，当激光水冷机4发生故障或者超出设定的温度，则控制激光水冷机的开关断开，此时，也断开了激光器的电源，实现保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。本实施例中，激光水冷机设定的水冷温度为20℃～30℃。本实施例中的手持摆动焊接头、控制盒、激光器、激光水冷机和保护气体装置均为现有技术，市面上可以采购的产品。

本发明的手持式激光焊接设备增加了安全保护控制电路，可大大提高该设备的安全保护性能，电源安全保护电路和安全保护回路可有效避免操作人员对手持式的焊接装置有误操作或使用不当引起的安全事故，温控安全保护电路则有效解决焊接装置温度过高导致手持摆动焊接头的准直和聚焦镜片等内部部件损坏的问题，也可以保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。因此，本发明手持式激光焊接设备可有效避免操作人员误操作导致存在安全隐患，从而提高手持焊接的安全性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手持式激光焊接设备，其特征在于：包括手持摆动焊接头、控制盒、激光器、激光水冷机、保护气体装置以及安全保护控制电路；所述激光器通过光纤与手持摆动焊接头连接，激光水冷机与手持摆动焊接头以水冷循环的形式连接，实现对手持摆动焊接头进行水冷；所述保护气体装置通过控制盒与手持摆动焊接头连接；所述手持摆动焊接头包括焊头本体、安全夹和设置在焊头本体上的按压式开关；所述控制盒分别与激光器、安全夹和按压式开关连接；

还包括与激光器连接的激光器启动按钮和与激光器启动按钮连接的激光器电源按钮，以及设置在激光水冷机的水箱上的温度传感器；

所述安全保护控制电路包括由焊头本体、安全夹和按压式开关通过控制盒组成的安全保护回路，由激光水冷机、激光器电源按钮和激光器启动按钮组成的电源安全保护电路，以及由激光水冷机和温度传感器组成的温控安全保护电路。

2.根据权利要求1所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述安全保护回路还包括与控制盒端口连接的线圈KA5；所述安全夹和按压式开关分别与控制盒连接，通过控制线圈KA5得电闭合的方式形成回路；当焊头本体与工件接触，线圈KA5得电闭合，通过对按压式开关操作则实现安全保护回路的接通。

3.根据权利要求1所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述电源安全保护电路由断路器QF3、激光水冷机的开关、线圈KA1、激光器电源按钮SB2、线圈KA2、线圈KM1以及激光器启动按钮SB3通过外围电路连接组成；当闭合断路器QF3，则通过温控安全保护电路控制激光水冷机的开关闭合，线圈KA1得电闭合；当操作激光器电源按钮SB2，则与线圈KA1连接的线圈KA2和线圈KM1均得电闭合，实现通过操作激光器启动按钮SB3使得激光器得电。

4.根据权利要求1所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：还包括手持摆动焊接头的导向装置；所述导向装置包括导轨，导轨上开设有用于供手持摆动焊接头激光射出的出光槽；所述导轨上开设有用于供手持摆动焊接头进行导向的导向槽；所述导向槽与出光槽平行并位于出光槽的两侧，实现手持摆动焊接头沿导向槽移动时，手持摆动焊接头的激光从出光槽射出，对工件进行焊接。

5.根据权利要求4所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述出光槽为沿导轨长度方向开设的通槽。

6.根据权利要求4所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述导向槽为沿导轨长度方向开设的凹槽；每条所述导向槽的两端端部长于出光槽的两端端部。

7.根据权利要求4所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述出光槽的端部与导轨的端部之间设置有卡设槽；所述卡设槽开设于导轨底面；所述卡设槽的横截面呈三角形。

8.根据权利要求4所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：还包括用于供手持摆动焊接头在导向槽导向的喷嘴；所述喷嘴为套筒；使用时，喷嘴一端与手持摆动焊接头连接，另一端沿导向槽移动。

9.根据权利要求8所述的手持式激光焊接设备，其特征在于：所述喷嘴沿导向槽移动的一端为“U”字形导向部；所述“U”字形导向部的两个端部为与导向槽匹配的导向端。

10.一种手持式激光焊接设备的安全操作方法，其特征在于：

第一步，打开保护气体气阀和空气开关，并开启激光水冷机，待激光水冷机工作正常且水温在设定的温度,当激光水冷机指示灯亮时，则进行第二步；否则，则说明激光水冷机故障或者没有达到设定的温度；

第二步，将激光器电源按钮SB2扭到开启状态，再按下激光启动按钮SB3，当激光启动按钮SB3的灯亮时，则激光器得电运行，通过激光器电源按钮SB2的设定实现保护激光器和防止误操作；

第三步，通过与控制盒连接的人机界面设置激光功率、振镜速度和振镜宽度，并保存参数；

第四步，通过人机界面设置功能：启用振镜，启用允许出光；

第五步，将安全夹夹到所焊工件上，并开启手持摆动焊接头的按压式开关；当手持摆动焊接头与工件接触，则实现通过激光对工件进行焊接；

第六步，焊接结束后，通过人机界面设置功能：关闭振镜，关闭允许出光；

第七步，按下激光启动按钮SB3，激光启动按钮SB3的灯熄灭；将激光器电源按钮SB2扭到关闭状态；

第八步，关闭空气开关，关闭保护气体气阀；

在手持摆动焊接头焊接过程中，当激光水冷机发生故障或者超出设定的温度，则控制激光水冷机的开关断开，此时，也断开了激光器的电源，实现保证手持摆动焊接头的焊接温度以及部件不受温度影响。

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