CN111235566A - 手持激光熔覆焊接装置 - Google Patents
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Abstract
一种手持激光熔覆焊接装置，包括激光焊机、保护反馈线、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构；激光焊机包括控制器和激光发生器；控制器与保护反馈线电连接，还分别与激光发生器、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构通过控制线电连接；控制器根据手持激光熔覆焊枪发出的开关电信号控制激光发生器和焊粉输送机构工作；激光发生器通过光纤向手持激光熔覆焊枪输送激光束，手持激光熔覆焊枪对焊接工件发射激光束，激光束在焊接工件上形成熔池；焊粉输送机构包括送粉器、粉嘴和送粉管；粉嘴设置在手持激光熔覆焊枪上，送粉器通过送粉管向粉嘴发送焊粉，并通过粉嘴向熔池内投送焊粉，实现激光熔覆焊。本发明可实现手持激光熔覆堆焊，填补了现有技术的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种手持激光熔覆焊接装置，属于焊接设备生产制造技术领域。
背景技术
激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，激光表面熔覆是通过在激光束作用下，将合金粉末或陶瓷粉末与工件基体表面迅速加热使之熔化，待激光束移开后使其自冷却，从而形成稀释率极低、与工件基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善工件基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气等特性的一种表面强化方法。
激光熔覆相比传统的等离子熔覆具有热影响小、稀释率低、堆焊熔覆成型一致性高等特点，对于一些怕变形、对热影响要求高的产品具有极高的堆焊优势。
前期的激光熔覆受激光技术的制约，激光熔覆设备的体积较大，因此都是固定式的，激光焊枪安装在自动化工装或机械手上进行操作，因此，对一些不规则零部件或零部件的特殊部位，不方便或不能进行熔覆堆焊操作，如实用新型专利(申请号201620438532.8)提供的《激光焊枪》等。
随着光纤激光器的发展，激光器的体积不断缩小，可移动性，便捷性逐步增加，目前，手持激光焊机已在市场上出现并得到应用，如：
实用新型专利(申请号201620428112.1)提供的《手持式激光焊枪》，实用新型专利(申请号201720335526.4)提供的《一种手持激光焊枪》，实用新型专利(申请号201721918031.0)提供的《一种手持激光焊接设备》，发明专利申请(申请号201710698147.6)提供的《手持激光焊接装置》，发明专利申请(申请号201811171209.9)提供的《一种手持激光焊接设备》，发明专利申请(申请号201811653032.6)提供的《一种便携式激光诱导电弧焊接复合一体式焊枪》，实用新型专利(申请号201910920717.0)提供的《新型万向头手持激光焊枪》，以及发明专利申请(申请号201910843941.4)提供的《一种基于水冷却的便于精确对接的激光焊接机》。
上述现有技术从多方面给用户提供了不同的手持激光焊接设备，但是，至今为止，手持激光熔覆焊机却是市场空白。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明实施例提供一种手持激光熔覆焊接装置，目的在于在利用手持激光熔覆焊枪进行激光焊接的过程中，通过焊粉输送机构在熔池内添加金属粉末，实现手持激光熔覆堆焊，提高激光熔覆的便捷性和灵活性。
为达上述目的，本发明实施例提供如下的技术方案：
一种手持激光熔覆焊接装置，其特征在于，包括：
激光焊机、保护反馈线、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构；
所述激光焊机包括控制器和激光发生器；
所述控制器与所述保护反馈线电连接，所述控制器还分别与所述激光发生器、所述手持激光熔覆焊枪和所述送粉器通过控制线电连接，所述控制器根据所述手持激光熔覆焊枪发出的开关电信号控制所述激光发生器和所述焊粉输送机构进行工作；
所述激光发生器通过光纤向所述手持激光熔覆焊枪输送激光束，且通过所述手持激光熔覆焊枪对焊接工件发射所述激光束，并通过所述激光束在所述焊接工件上形成熔池；
所述焊粉输送机构包括送粉器、粉嘴和送粉管，所述粉嘴设置在所述手持激光熔覆焊枪上，所述送粉器通过所述送粉管向所述粉嘴发送焊粉，并通过所述粉嘴向所述熔池内投送焊粉，实现所述激光熔覆焊。
进一步的，所述手持激光熔覆焊枪包括：
手柄、开关机构、准直机构、反射机构、聚焦机构、保护机构和伸缩机构；
所述手柄为把状腔体构件，且其腔体内设有光纤接头用以与所述光纤连接；
所述开关机构设置在所述手柄的底部，所述开关机构通过所述控制线与所述控制器电连接；
所述准直机构、反射机构、聚焦机构、保护机构和所述伸缩机构的一端依次连接在所述手柄上形成枪形结构，并构成所述手持激光熔覆焊枪的激光通道；
所述伸缩机构的另一端与所述粉嘴连接。
进一步的：
所述准直机构为腔体构件，且其腔体内设置有准直镜片，所述准直镜片用以将所述光纤导入的所述激光束变为平行激光；
所述反射机构为腔体构件，且其腔体内设置有反射镜片，所述反射镜片用以折反所述准直镜片射出的所述平行激光；
所述聚焦机构为腔体构件，且其腔体内设置有聚焦镜片，所述聚焦镜片用以聚焦所述反射镜片折反的所述平行激光；
所述保护机构为腔体构件，且其腔体内设置有保护镜片，所述保护镜片用以阻断所述粉嘴与所述聚焦机构之间的通道，以此防止焊接烟尘对所述聚焦镜片的损伤。
进一步的，所述述聚焦机构的腔体内还设置有摆动电机，所述摆动电机用以带动所述聚焦镜片作圆周旋转，以实现所述激光熔覆焊接焊点的圆周轨迹移动。
进一步的，所述伸缩机构包括伸缩腔体、伸缩枪管和伸缩调节帽，所述伸缩腔体与所述保护机构连接，所述伸缩枪管的一端用以连接所述粉嘴，所述伸缩枪管的另一端通过所述伸缩调节帽连接在所述伸缩腔体上，旋转所述伸缩调节帽可以调节所述伸缩枪管的伸出长度，进而调节所述激光熔覆焊接的焊接焦点。
进一步的，所述粉嘴为一锥形管，所述锥形管的锥头上设有出粉口，所述出粉口用以所述焊粉的送出，所述锥形管的管壁内设有粉孔，所述粉孔为沿所述锥形管的轴线开设且其前端与所述出粉口连通的通孔，所述粉孔的后端与所述送粉管连通。
作为一种可选的技术方案，所述出粉口及所述粉孔皆不少于一个。
进一步的，所述手持激光熔覆焊枪还包括冷却液接口，所述冷却液接口分别设置在所述反射机构与所述聚焦机构上，用以导入和导出冷却液，所述冷却液用以冷却所述手持激光熔覆焊枪。
进一步的，所述激光焊机还包括冷却液循环导入装置，所述冷却液循环导入装置由所述控制器操控，所述冷却液循环导入装置通过冷却管道与所述冷却液接口连通，并构成所述冷却液的循环系统。
进一步的，所述手持激光熔覆焊枪还包括气体接口，所述气体接口设置在所述保护机构上，所述气体接口用以导入保护气体，所述保护气经所述保护机构的腔体从所述伸缩机构中输出，用以对所述激光熔覆焊接进行气体保护。
与现有技术相比，本发明有益效果及显著进步在于：
1)本发明实施例通过激光焊机、保护反馈线、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构组成一套完整的手持激光熔覆焊接装置，利用手持激光熔覆焊枪在进行激光焊接的过程中，通过焊粉输送机构在熔池内添加金属粉末，实现激光熔覆堆焊，填补了市场空白，弥补了现有技术的不足；
2)本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置创造性地利用了各种相关的现有技术，开创性地实现了手持激光熔覆焊接，使得一些不规则零部件或零部件的特殊部位得以进行激光熔覆堆焊操作，获得依靠现有技术无法获得的特殊产品，得到意想不到的技术效果；
3)本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置可作进一步的拓展，以获得更好的技术效果，如可在手持激光熔覆焊枪内设置摆动电机，通过摆动电机的摆动，加宽熔覆焊道的宽度，有效解决激光光斑小、焊道窄等问题；
4)本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置设计新颖独特、使用方便简单且拓展性好，能够满足特殊产品的激光熔覆堆焊需要，因此，极具推广应用价值。
附图说明
为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的实施例所需使用的附图作一简单介绍。
显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明中的部分实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，但这些其他的附图同样属于本发明实施例所需使用的附图之内。
图1为本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的主视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的正面剖视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的顶面剖视结构示意图。
图中：
10-激光焊机，11-控制器，12-激光发生器，13-冷却液循环导入装置；
20-保护反馈线；
30-手持激光熔覆焊枪，31-手柄、32-开关机构，33-准直机构、331-准直镜片，34-反射机构、341-反射镜片，35-聚焦机构、351-聚焦镜片、352-摆动电机，36-保护机构、361-保护镜片、362-气体接口，37-伸缩机构、371-伸缩腔体、372-伸缩枪管、373伸缩调节帽，38-冷却液接口；
40-焊粉输送机构，41-送粉器，42-粉嘴、421-出粉口、422-粉孔，43-送粉管；
50-控制线；
60-光纤；
70-冷却管道；
80-焊接工件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，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作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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书以及本发明实施例附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”(如果存在)等，仅是用于区别不同的对象，而非用于描述特定的顺序。此外，术语“包括”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要理解的是，在本发明实施例的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”等指示性方位或位置用词，仅为基于本发明实施例附图所示的方位或位置关系，是为了便于描述本发明的实施例和简化说明，而不是指示或暗示所述的装置或元件必须具有的特定方位、特定的方位构造和操作，因此，不能理解为是对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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活动连接，亦可是成为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介的间接连接或是无形的信号连接，甚至是光连接，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。
还需要说明的是，以下的具体实施例可以相互结合，对于其中相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
下面，以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例
如图1本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置的结构示意图所示：
一种手持激光熔覆焊接装置，包括：
激光焊机10、保护反馈线20、手持激光熔覆焊枪30和焊粉输送机构40；
激光焊机10包括控制器11和激光发生器12；
控制器11分别与激光发生器12、手持激光熔覆焊枪30和送粉器40通过控制线50电连接，保护反馈线20的一端与控制器11电连接，保护反馈线20的另一端与焊接工件80连接，控制器11根据手持激光熔覆焊枪30发出的开关电信号控制激光发生器12和焊粉输送机构40进行工作；
激光发生器12通过光纤60向手持激光熔覆焊枪30输送激光束，且通过手持激光熔覆焊枪30对焊接工件80发射激光束，并通过激光束在焊接工件80上形成熔池；
焊粉输送机构40包括送粉器41、粉嘴42和送粉管43；
粉嘴42设置在手持激光熔覆焊枪30上，送粉器41通过送粉管43向粉嘴42发送焊粉，并通过粉嘴42向熔池内投送焊粉，实现激光熔覆焊。
如图2本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的主视结构示意图、图3本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的俯视结构示意图所示：
手持激光熔覆焊枪30包括：
手柄31、开关机构32、准直机构33、反射机构34、聚焦机构35、保护机构36和伸缩机构37；
手柄31为把状腔体构件，且其腔体内设有光纤接头用以与光纤60连接；
开关机构32设置在手柄31的底部，开关机构32通过控制线50与控制器11电连接；
准直机构33、反射机构34、聚焦机构35、保护机构36和伸缩机构37的一端依次连接在手柄31上形成枪形结构，并构成手持激光熔覆焊枪30的激光通道；
伸缩机构37的另一端且与粉嘴42连接。
如图4本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的正面剖视结构示意图、图5本发明实施例提供的一种手持激光熔覆焊接装置中手持激光熔覆焊枪的顶面剖视结构示意图所示：
准直机构33为腔体构件，且其腔体内设置有准直镜片331，准直镜片331用以将光纤60导入的激光束变为平行激光；
反射机构34为腔体构件，且其腔体内设置有反射镜片341，反射镜片341用以折反准直镜片331射出的平行激光；
聚焦机构35为腔体构件，且其腔体内设置有聚焦镜片351，聚焦镜片351用以聚焦反射镜片341折反的平行激光；
保护机构36为腔体构件，且其腔体内设置有保护镜片361，保护镜片361用以阻断粉嘴38与聚焦机构35之间的通道，以此防止焊接烟尘对聚焦镜片351的损伤。
从图4、图5中还可看到：
聚焦机构35的腔体内还设置有摆动电机352，摆动电机352用以带动聚焦镜片351作圆周旋转，以实现激光熔覆焊接焊点的圆周轨迹移动。
通过在聚焦机构35的腔体内设置摆动电机352，利用本实施例提供的手持激光熔覆焊枪不仅可以实现单道激光熔覆堆焊，还可实现摆动熔覆堆焊。
从图2、图4中可以看到：
伸缩机构37包括伸缩腔体371、伸缩枪管372和伸缩调节帽373，伸缩腔体371与保护机构36连接，伸缩枪管372的一端用以连接粉嘴42，伸缩枪管372的另一端通过伸缩调节帽373连接在伸缩腔体371上，旋转伸缩调节帽373可以调节伸缩枪管372的伸出长度，进而调节激光熔覆焊接的焊接焦点。
进一步的，从图2至图5中可以看到：
粉嘴42为一锥形管，锥形管的锥头上设有出粉口421，出粉口421用以焊粉的送出，锥形管的管壁内设有粉孔422，粉孔422为沿锥形管的轴线开设且其前端与出粉口421连通的通孔，粉孔422的后端与送粉管43连通。
作为一种可选择的技术方案，本实施例中，粉嘴42的出粉口421及粉孔422皆不少于一个。
进一步的，从图2中还可以看到：
手持激光熔覆焊枪30还包括冷却液接口38，冷却液接口38分别设置在反射机构34与聚焦机构35上，用以导入和导出冷却液，冷却液用以冷却手持激光熔覆焊枪30。
进一步的，从图1中还可以看到：
激光焊机10还包括冷却液循环导入装置13，冷却液循环导入装置13由控制器11操控，冷却液循环导入装置13通过冷却管道70与冷却液接口38连通，并构成冷却液的循环系统。
进一步的，从图2、图4中还可以看到：
手持激光熔覆焊枪30还包括气体接口362，气体接口362设置在保护机构36上，气体接口362用以导入保护气体，保护气经保护机构36的腔体从伸缩机构37中输出，用以对激光熔覆焊接进行气体保护。
综上所述，可以看出：
首先，本发明实施例通过激光焊机、保护反馈线、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构组成了一套完整的手持激光熔覆焊接装置，利用此手持激光熔覆焊接装置中的手持激光熔覆焊枪，在进行激光焊接的过程中，通过焊粉输送机构在熔池内添加金属粉末，就可实现手持激光熔覆堆焊；
其次，本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置创造性地利用了各种相关的现有技术，开创性地实现了手持激光熔覆焊接，使得一些不规则零部件或零部件的特殊部位得以进行手工激光熔覆堆焊操作，增强了激光熔覆的便捷性和灵活性，获得依靠现有技术无法获得的特殊产品，得到意想不到的技术效果；
此外，本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置可方便地进行拓展改进，以便获得更好的技术效果，例如，可在手持激光熔覆焊枪内设置摆动电机，通过摆动电机的摆动，加宽熔覆焊道的宽度，有效解决激光光斑小、焊道窄等问题；
总之，本发明实施例提供的手持激光熔覆焊接装置设计新颖独特、使用方便简单且拓展性好，能够满足特殊产品的激光熔覆堆焊需要，填补了市场空白，弥补了现有技术的不足，因此，极具推广应用价值。
在上述说明书的描述过程中：
术语“本实施例”、“本发明实施例”、“如……所示”、“进一步的”、“进一步改进的技术分方案”等的描述，意指该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例，而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点等可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合或组合；此外，在不产生矛盾的前提下，本领域的普通技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合或组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制；
尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种手持激光熔覆焊接装置，其特征在于，包括：
激光焊机、保护反馈线、手持激光熔覆焊枪和焊粉输送机构；
所述激光焊机包括控制器和激光发生器；
所述控制器与所述保护反馈线电连接，所述控制器还分别与所述激光发生器、所述手持激光熔覆焊枪和所述焊粉输送机构通过控制线电连接，所述控制器根据所述手持激光熔覆焊枪发出的开关电信号控制所述激光发生器和所述焊粉输送机构进行工作；
所述激光发生器通过光纤向所述手持激光熔覆焊枪输送激光束，且通过所述手持激光熔覆焊枪对焊接工件发射所述激光束，并通过所述激光束在所述焊接工件上形成熔池；
所述焊粉输送机构包括送粉器、粉嘴和送粉管，所述粉嘴设置在所述手持激光熔覆焊枪上，所述送粉器通过所述送粉管向所述粉嘴发送焊粉，并通过所述粉嘴向所述熔池内投送焊粉，实现所述激光熔覆焊。
2.如权利要求1所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于，所述手持激光熔覆焊枪包括：
手柄、开关机构、准直机构、反射机构、聚焦机构、保护机构和伸缩机构；
所述手柄为把状腔体构件，且其腔体内设有光纤接头用以与所述光纤连接；
所述开关机构设置在所述手柄的底部，所述开关机构通过所述控制线与所述控制器电连接；
所述准直机构、反射机构、聚焦机构、保护机构和所述伸缩机构的一端依次连接在所述手柄上形成枪形结构，并构成所述手持激光熔覆焊枪的激光通道；
所述伸缩机构的另一端与所述粉嘴连接。
3.如权利要求2所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述准直机构为腔体构件，且其腔体内设置有准直镜片，所述准直镜片用以将所述光纤导入的所述激光束变为平行激光；
所述反射机构为腔体构件，且其腔体内设置有反射镜片，所述反射镜片用以折反所述准直镜片射出的所述平行激光；
所述聚焦机构为腔体构件，且其腔体内设置有聚焦镜片，所述聚焦镜片用以聚焦所述反射镜片折反的所述平行激光；
所述保护机构为腔体构件，且其腔体内设置有保护镜片，所述保护镜片用以阻断所述粉嘴与所述聚焦机构之间的通道，以此防止焊接烟尘对所述聚焦镜片的损伤。
4.如权利要求3所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述聚焦机构的腔体内还设置有摆动电机，所述摆动电机用以带动所述聚焦镜片作圆周旋转，以实现所述激光熔覆焊接焊点的圆周轨迹移动。
5.如权利要求2所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述伸缩机构包括伸缩腔体、伸缩枪管和伸缩调节帽，所述伸缩腔体与所述保护机构连接，所述伸缩枪管的一端用以连接所述粉嘴，所述伸缩枪管的另一端通过所述伸缩调节帽连接在所述伸缩腔体上，旋转所述伸缩调节帽可以调节所述伸缩枪管的伸出长度，进而调节所述激光熔覆焊接的焊接焦点。
6.如权利要求2所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述粉嘴为一锥形管，所述锥形管的锥头上设有出粉口，所述出粉口用以所述焊粉的送出，所述锥形管的管壁内设有粉孔，所述粉孔为沿所述锥形管的轴线开设且其前端与所述出粉口连通的通孔，所述粉孔的后端与所述送粉管连通。
7.如权利要求6所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：所述出粉口及所述粉孔皆不少于一个。
8.如权利要求2所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述手持激光熔覆焊枪还包括冷却液接口，所述冷却液接口分别设置在所述反射机构与所述聚焦机构上，用以导入和导出冷却液，所述冷却液用以冷却所述手持激光熔覆焊枪。
9.如权利要求8所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述激光焊机还包括冷却液循环导入装置，所述冷却液循环导入装置由所述控制器操控，所述冷却液循环导入装置通过冷却管道与所述冷却液接口连通，并构成所述冷却液的循环系统。
10.如权利要求2所述的手持激光熔覆焊接装置，其特征在于：
所述手持激光熔覆焊枪还包括气体接口，所述气体接口设置在所述保护机构上，所述气体接口用以导入保护气体，所述保护气经所述保护机构的腔体从所述伸缩机构中输出，用以对所述激光熔覆焊接进行气体保护。
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