CN111037100A - 双光束激光焊缝方法以及焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种双光束激光焊缝方法以及焊接设备。该方法包括：采用双光束对激光焊缝进行焊接，所述双光束为主光束以及辅光束，所述主光束垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，所述辅光束和所述主光束具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可位于所述主光束的前侧，或所述辅光束相对所述主光束进行可编程的运动。本发明可以保证辅光束的增强和修饰作用，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰，具有很好的实用性。

Description

双光束激光焊缝方法以及焊接设备
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种双光束激光焊缝方法以及焊接设备。
背景技术
目前，对激光焊缝的结构增强和外观修饰的技术主要采用了德国IPG公司的三点激光焊接技术，即在焊接时采用一束主光束和另外两束同等尺寸的辅光束，两束辅光束位于主光束焊接方向的两侧，具有清洁金属基材和改善熔池流动性的益处，与传统的单光束激光焊接工艺技术相比提高了焊缝的强度和美观度。
以上IPG公司的三点激光焊接技术仅对主焊道两侧的金属进行了修饰，利用三点熔池之间相互作用的金属流动性，达到改善焊缝结构和修饰外观的目的。但随着金属厚度的增加和激光功率的提高，主焊道的宽度也需增加，该技术的三点熔池之间相互作用的流动性开始减弱，增强和修饰作用减低，所以该技术现阶段普遍应用于主焊道较窄的薄板的钎焊工艺，并不适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰，因此，需对现有技术进行改进。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种双光束激光焊缝方法以及焊接设备，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一方面，本发明提供了一种双光束激光焊缝方法，所述方法包括：
采用双光束对激光焊缝进行焊接，所述双光束为主光束以及辅光束，所述主光束垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，所述辅光束和所述主光束具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可位于所述主光束的前侧，或所述辅光束相对所述主光束进行可编程的运动。
进一步地，所述主光束的输出功率为3KW-20KW采用大功率输出。
进一步地，所述辅光束的输出功率为0.5KW-1.0KW。
进一步地，所述辅光束光斑的焊接线速度为所述主光束光斑的焊接线速度的1.0-6.0倍。
进一步地，所述夹角为15°-25°。
进一步地，所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可位于所述主光束的前侧，具体包括：
所述辅光束光斑与所述主光束光斑无相对运动，所述辅光束光斑与所述主光束的光斑采用串行方式排列进行双光束焊接，所述辅光束光斑在焊接方向的前部，所述主光束光斑在焊接方法的后部。
进一步地，当所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可相对所述主光束进行可编程的运动，具体包括：
焊接作业时，所述主光束光斑的运动轨迹与焊缝重合；相对于所述主光束光斑的运动轨迹，所述辅光束光斑的运动轨迹可编程设置。
更进一步地，所述辅光束光斑的运动轨迹分为两种，其中：
第一种运动轨迹为：所述辅光束光斑相对于所述主光束的光斑进行梯形横摆，当所述辅光束光斑位于所述主光束光斑之前时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊前的结构增强，当所述辅光束光斑位于所述主光束光斑之后时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊后的表面修饰；
第二种运动轨迹为：所述辅光束光斑相对于所述主光束光斑进行旋转，当所述辅光束光斑运动到所述主光束光斑之前时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊前的结构增强，当所述辅光束光斑运动到所述主光束光斑之后时，则对所述主光束焊缝进行焊后的表面修饰。
另一方面，本发明还提供了一种双光束激光焊缝焊接设备，上述双光束激光焊缝方法是通过所述焊接设备进行的，所述焊接设备包括：
焊枪支架；
主光束激光焊接头，所述主光束激光焊接头设置在所述焊枪支架的一侧，所述主光束激光焊接头的输出轴线垂直于激光焊缝；
Z轴直线单元、X轴直线单元以及Y轴直线单元，所述Z轴直线单元安装在所述焊枪支架的另一侧，所述Y轴直线单元安装在所述Z轴直线单元的输出部上，所述X轴直线单元安装在所述Y轴直线单元的输出部上，所述辅光束激光焊接头设置在所述X轴直线单元的输出部上，所述辅光束激光焊接头的输出轴线与所述主光束激光焊接头的输出轴线形成所述夹角。
进一步地，所述焊枪支架的另一侧为斜面，所述斜面和所述辅光束激光焊接头的输出轴线相平行设置。
本发明的有益效果至少包括：
本发明所提供的一种双光束激光焊缝方法，由于是采用双光束对激光焊缝进行焊接，其中的主光束垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，而辅光束和主光束具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当主光束对激光焊缝进行焊接作业时，辅光束可位于主光速的前侧，或者相对所述主光束进行可编程的运动，即辅光束可对主焊道本身进行修饰，从而可以保证辅光束的增强和修饰作用，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰，具有很好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供了一种双光束激光焊缝方法的焊接示意图；
图2为图1的侧视示意图；
图3为辅光束位于主光束21的前侧的焊接示意图；
图4为第一种运动轨迹的焊接示意图；
图5为第二种运动轨迹的焊接示意图。
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。
首先，本发明实施例提供了一种双光束激光焊缝方法，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰。
图1为本发明实施例提供了一种双光束激光焊缝方法的焊接示意图，图2为图1的侧视示意图，结合图1以及图2，本发明实施例的双光束激光焊缝方法包括：采用双光束对激光焊缝进行焊接，双光束为主光束21以及辅光束31，主光束21垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，辅光束31和主光束21具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当主光束21对激光焊缝进行焊接作业时，辅光束31可位于主光束21的前侧，或者相对主光束21进行可编程的运动。
本发明实施例所提供的一种双光束激光焊缝方法，由于是采用双光束对激光焊缝进行焊接，其中的主光束21垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，而辅光束31和主光束21具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当主光束21对激光焊缝进行焊接作业时，辅光束31可位于主光束的前侧或相对所述主光束21进行可编程的运动，进而使辅光束31可对主焊道本身进行修饰，从而可以保证辅光束31的增强和修饰作用，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰，具有很好的实用性。
具体地：
1、双光束激光的输出能量设定：主光束21采用大功率输出，其输出功率可以为3KW-20KW，具体可按母材材质和厚度进行配置，例如，当母材材质为TC4钛合金、厚度为5.0mm、此时输出功率可以设定为5.5KW-6.0KW
而辅光束31的功率可设定为0.5KW-1.0KW。
2、双光束光斑的线速度设定：辅光束31光斑的焊接线速度可以为主光束21光斑焊接线速度的1.0-6.0倍，例如：对于母材材质为TC4钛合金、厚度为5.0mm的焊接，主光束21光斑焊接线速度可以设定为1.8m/min-2.0m/min，而辅光束31光斑的焊接线速度可以为1.8m/min-8.0m/min。
3、本发明实施例中，辅光束31和主光束21之间的夹角可以为15°-25°。
4、焊接作业时，主光束21光斑的运动轨迹与焊缝重合。
5、图3为辅光束位于主光束21的前侧的焊接示意图，结合图3，当主光束21对激光焊缝进行焊接作业时，辅光束31可位于主光束21的前侧时，此时，辅光束31的光斑与主光束21的光斑无相对运动，辅光束31的光斑与主光束21的光斑可以采用串行方式排列进行双光束焊接，即辅光束31的光斑在前，主光束21的光斑在后，两个光斑中心间距控制在0.4mm-0.5mm。辅光束31的光斑在前，主光束21的光斑在后，可以让辅光束31对中厚板的表层金属进行预热式焊接，确保大功率的主光束21焊接时获得更大的熔深，有利于改善主光束21焊接时熔池流动性和表面成型，减少大功率激光焊接时产生的飞溅，同时也可以降低冷却速度，改善焊缝组织性能。
6、当主光束21对激光焊缝进行焊接作业时，辅光束31相对主光束21进行可编程的运动，具体表现为：相对于主光束21光斑的运动轨迹，辅光束31光斑的运动轨迹可编程设置。
进一步地，辅光束光斑的运动轨迹分为两种：
第一种运动轨迹：图4为第一种运动轨迹的焊接示意图，结合图4，辅光束31光斑相对于主光束21的光斑进行梯形横摆，当辅光束31光斑位于主光束21光斑之前时，辅光束31对主光束21的焊缝进行焊前的结构增强，当辅光束31光斑位于主光束21光斑之后时，辅光束31对主光束21的焊缝进行焊后的表面修饰；
第二种运动轨迹：图5为第二种运动轨迹的焊接示意图，结合图5，辅光束31光斑相对于主光束21光斑进行旋转，当辅光束31光斑运动到主光束21光斑之前时，辅光束31对主光束21的焊缝进行焊前的结构增强，当辅光束31光斑运动到主光束21光斑之后时，则对主光束21焊缝进行焊后的表面修饰，在这种轨迹下相对于焊缝，辅光束31的光斑运动轨迹为螺旋线。
然后，基于上述双光束激光焊缝方法，本发明实施例还提供了一种双光束激光焊缝焊接设备，以服务于上述双光束激光焊缝方法。
结合图1以及图2，本发明实施例的双光束激光焊缝焊接设备主要包括焊枪支架1、主光束激光焊接头2、辅光束激光焊接头3、Z轴直线单元4、X轴直线单元5以及Y轴直线单元6。
结合图1以及图2，本发明实施例中，焊枪支架1为焊枪设备的安装基础，其可以作为接口与其他设备(如机器人或焊接专机)进行对接，主光束激光焊接头2固定安装在焊枪支架1的一侧，其输出轴线垂直于焊缝，主光束激光焊接头2对焊缝输出主光束21；Z轴直线单元4固定在焊枪支架1的另一侧，Z轴直线单元4安装在焊枪支架1的另一侧，Y轴直线单元5安装在Z轴直线单元4的输出部上，X轴直线单元6安装在Y轴直线单元5的输出部上，辅光束激光焊接头3设置在X轴直线单元的输出部上，辅光束激光焊接头3的输出轴线与主光束激光焊接头2的输出轴线形成夹角，辅光束激光焊接头3对焊缝输出辅光束31。
本发明实施例中，Z轴直线单元4、X轴直线单元5以及Y轴直线单元6构成一个三向控制机构，其为现有技术中常用设备，具体结构本发明实施例对此不作限制。
进一步地，结合图1以及图2，本发明实施例中，焊枪支架1的另一侧为斜面，该斜面和辅光束激光焊接头3的输出轴线相平行设置，这样，通过选择合适坡度的斜面，即可实现辅光束31和主光束21之间的角度的调整。
基于上述双光束激光焊缝焊接设备，本发明实施例对双光束激光焊缝焊接方法进一步描述：
整个焊接设备在外接运动机构(如机器人或焊接专机)的驱动下沿焊缝的焊接方向前进，主光束激光焊接头2垂直于焊缝并输出主光束21进行焊接，辅光束激光焊接头3输出辅光束31进行焊缝的结构增强和外表修饰；焊接过程中，在Y轴直线单元5和X轴直线单元6的驱动下，可以使得辅光束31的光斑相对于主光束21的光斑在焊缝平面内进行可编程的横向摆动和旋转；由于辅光束31与主光束21存在固定夹角，所以在辅光束31的光斑相对于主光束21的光斑进行横向摆动和旋转的过程中，辅光束31的离焦量会发生变化，对于这一变化，本发明实施例通过Z轴直线单元4的直线运动进行补偿性运动调整，以确保辅光束的离焦量的稳定。
本发明实施例可以保证辅光束的增强和修饰作用，以适用于中厚板激光焊缝的结构增强和外观修饰，具有很好的实用性。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述方法包括：
采用双光束对激光焊缝进行焊接，所述双光束为主光束以及辅光束，所述主光束垂直于焊缝，用于对激光焊缝进行焊接，所述辅光束和所述主光束具有夹角，用于对激光焊缝进行结构增强和外表修饰，当所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可位于所述主光束的前侧，或所述辅光束相对所述主光束进行可编程的运动。
2.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述主光束的输出功率为3KW-20KW采用大功率输出。
3.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述辅光束的输出功率为0.5KW-1.0KW。
4.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述辅光束光斑的焊接线速度为所述主光束光斑的焊接线速度的1.0-6.0倍。
5.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述夹角为15°-25°。
6.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可位于所述主光束的前侧，具体包括：
所述辅光束光斑与所述主光束光斑无相对运动，所述辅光束光斑与所述主光束的光斑采用串行方式排列进行双光束焊接，所述辅光束光斑在焊接方向的前部，所述主光束光斑在焊接方法的后部。
7.根据权利要求1所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，当所述主光束对激光焊缝进行焊接作业时，所述辅光束可相对所述主光束进行可编程的运动，具体包括：
焊接作业时，所述主光束光斑的运动轨迹与焊缝重合；相对于所述主光束光斑的运动轨迹，所述辅光束光斑的运动轨迹可编程设置。
8.根据权利要求6所述的双光束激光焊缝方法，其特征在于，所述辅光束光斑的运动轨迹分为两种，其中：
第一种运动轨迹为：所述辅光束光斑相对于所述主光束的光斑进行梯形横摆，当所述辅光束光斑位于所述主光束光斑之前时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊前的结构增强，当所述辅光束光斑位于所述主光束光斑之后时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊后的表面修饰；
第二种运动轨迹为：所述辅光束光斑相对于所述主光束光斑进行旋转，当所述辅光束光斑运动到所述主光束光斑之前时，所述辅光束对所述主光束的焊缝进行焊前的结构增强，当所述辅光束光斑运动到所述主光束光斑之后时，则对所述主光束焊缝进行焊后的表面修饰。
9.一种双光束激光焊缝焊接设备，其特征在于，权利要求1-8任一项所述的双光束激光焊缝方法是通过所述焊接设备进行的，所述焊接设备包括：
焊枪支架；
主光束激光焊接头，所述主光束激光焊接头设置在所述焊枪支架的一侧，所述主光束激光焊接头的输出轴线垂直于激光焊缝；
Z轴直线单元、X轴直线单元以及Y轴直线单元，所述Z轴直线单元安装在所述焊枪支架的另一侧，所述Y轴直线单元安装在所述Z轴直线单元的输出部上，所述X轴直线单元安装在所述Y轴直线单元的输出部上，所述辅光束激光焊接头设置在所述X轴直线单元的输出部上，所述辅光束激光焊接头的输出轴线与所述主光束激光焊接头的输出轴线形成所述夹角。
10.根据权利要求9所述的双光束激光焊缝焊接设备，其特征在于，所述焊枪支架的另一侧为斜面，所述斜面和所述辅光束激光焊接头的输出轴线相平行设置。
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