CN111266685B - 一种手持式激光填丝焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式激光填丝焊接装置及焊接方法，其包括：激光器,其用于产生激光；具有控制开关的手持式激光焊接枪，其连接所述激光器，且激光通过所述手持式激光焊接枪射出；控制器和送丝机构，所述控制器分别与所述控制开关，以及激光器和/或送丝机构连接，通过触发控制开关产生控制信号，使得控制器根据控制信号控制激光器产生激光和/或控制送丝机构输送焊丝。本发明其设计简单、安全性高，并且可匹配不同的焊缝结构和材料，以及可实现精确剪丝以及快速功率测试，以满足不同工况的加工、质量要求。

Description

一种手持式激光填丝焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体为一种手持式激光填丝焊接装置及焊接方法。

背景技术

目前，多采用氩弧焊、细焊丝弧焊等工艺对不锈钢板、铁板、镀锌板等金属板材进行加工。但上述加工方式存在效率低、精度不高、焊接变形大等缺点，且需要二次加工(如打磨和焊接、矫正等)，无法适应批量生产需求。

采用手持式激光焊接设备即是专门针对此种板材应用场景开发的装备，但由于激光加工对板材的平直度、平面度、装配间隙要求高，且焊接前准备工作十分复杂，若未准备好，将直接导致产生漏焊等缺陷。进一步的，目前的手持式激光焊接设备多未增加填丝，使得激光桥接的能力还无法与弧焊的熔池桥接能力相比，导致上述手持式激光焊接设备的应用工况受限，同时，现有的手持式激光焊接设备还存在结构复杂，携带、操作不便，安全性不高等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种手持式激光填丝焊接装置及焊接方法，其设计简单、安全性高，并且可获得不同轨迹的焊缝，以及可实现精确剪丝以及快速功率测试，以满足不同工况的加工、质量要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供了一种手持式激光填丝焊接装置，其包括：激光器,其用于产生激光；具有控制开关的手持式激光焊接枪，其连接所述激光器，且激光通过所述手持式激光焊接枪射出；控制器和送丝机构，所述控制器分别与所述控制开关，以及激光器和/或送丝机构连接，通过触发控制开关产生控制信号，使得控制器根据控制信号控制激光器产生激光和/或控制送丝机构输送焊丝。

优选的，所述送丝机构包括：送丝机以及送丝管路，所述送丝机用于安置待输送的焊丝，且使所述焊丝在送丝管路内部、沿送丝管路延伸方向运动。

优选的，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：管路导向机构，其活动连接所述手持式激光焊接枪，用于供所述送丝管路穿过，且可沿与激光光轴平行方向移动和/或以激光光轴为轴转动。

优选的，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：偏摆机构，其用于带动激光光斑摆动。

优选的，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：仿形固定机构，其与所述手持式激光焊接枪的外形相匹配，用于固定所述手持式激光焊接枪的位置；剪丝机构，其用于对焊丝进行剪丝；以及剪丝定位机构，其与所述仿形固定机构活动连接，用于标定所述剪丝机构的位置。

优选的，所述剪丝机构端部设有用于容纳部分焊丝的焊丝容纳部，所述剪丝机构内部设有位于焊丝容纳部下方的收集腔。

优选的，所述剪丝定位机构上设有刻度，所述剪丝机构可沿刻度直线移动。

优选的，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：功率测试定位机构，其与所述仿形固定机构活动连接，用于标定功率测试仪的位置。

优选的，所述功率测试定位机构上设有刻度，所述功率测试仪可按照所述刻度直线移动。

优选的，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：保护罩，其可开合的罩设在所述控制开关上，用于将控制开关与外界进行隔离，以避免控制开关被误触；和/或，保险开关，其连接所述控制器，以使得当所述保险开关与所述控制开关同时被触发时，所述控制开关才产生所述控制信号；和/或，传感器，其安装在所述手持式激光焊接枪上，且与所述控制器、控制开关连接，当所述传感器与被加工工件接触时，所述传感器产生启动信号，并发送至所述控制器，所述控制器根据所述启动信号以及触发控制开关产生的控制信号控制激光和/或控制送丝机构输送焊丝。

还提供一种通过上述手持式激光填丝焊接装置实现的焊接方法，其包括如下步骤：

S1、调整手持式激光焊接枪与送丝机构的位置，使得激光与焊丝的位置对应；

S2、焊接前剪丝，以确保每次焊前焊丝的干伸长长度一致；

S3、通过控制器设定焊接参数，所述焊接参数包括：激光功率、送丝速度、焊丝直径、激光光斑摆动频率中的一种或几种；

S4、激光器产生激光，且送丝机构开始输送焊丝，以进行焊接。

与现有技术相比，本发明的手持式激光填丝焊接装置结构设计简单、工作效率高，通过手持式激光焊接枪即可完成激光填丝焊，同时结合多种保护措施来保证激光焊接时的安全性，以避免产生因误触控制开关等原因引发的安全事故；进一步的，所述手持式激光填丝焊接装置可将焊丝输送至预定位置，且具有剪丝机构、剪丝定位机构以及功率测试定位机构，同时具备激光摆动功能，由此匹配不同的焊缝结构和材料，实现精确剪丝以及快速功率测试，以满足不同工况的加工、质量要求。

附图说明

图1为本发明手持式激光填丝焊接装置的整体结构图；

图2a为本发明一种管路导向机构的剖视图；

图2b为本发明另一种管路导向机构的剖视图；

图3为本发明仿形固定机构固定手持式激光焊接枪时的结构示意图；

图4为本发明图3中I处的放大图；

图5为本发明中采用功率测试定位机构、功率测试仪对激光功率进行测试的示意图；

图6为本发明开关安全组件的结构示意图。

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。

实施例1：

如图所示，本实施例中的手持式激光填丝焊接装置包括：

激光器1,其用于产生激光L，所述激光器1包括光纤激光器；

手持式激光焊接枪2，其通过光纤11等连接所述激光器1，且激光L通过所述手持式激光焊接枪2射出；具体的，所述手持式激光焊接枪2包括：激光入射部21、激光出射部22以及控制开关23，其中，所述激光入射部21内设置有反射镜组件和透镜组件，且所述激光入射部21一端通过光缆连接头211连接光纤11，进一步通过光缆连接所述激光器1，另一端连接所述激光出射部22，所述控制开关23设置在所述激光入射部21上；激光器1产生的激光L经光纤11进入到激光入射部21，再经激光入射部21内的反射镜组件反射和透镜组件聚焦后，从所述激光出射部22射出；进一步的，本实施例中，激光器1产生的激光L波长为800～1100nm，光纤11直径为50～100μm，且激光入射部21、激光出射部22均为圆筒状结构；

控制器3和送丝机构4，所述控制器3分别与所述控制开关23以及激光器1和/或送丝机构4连接(即控制器3连接控制开关23，同时连接激光器1、送丝机构4中的一者或两者)，通过触发控制开关23产生控制信号，使得控制器3根据所述控制信号控制激光器1产生激光L和/或控制送丝机构4输送焊丝S，所述激光L熔融焊丝S，以完成焊接；具体的，所述送丝机构4包括：送丝机42以及送丝管路41，所述送丝机42用于通过将焊丝S盘绕在焊丝盘上等方式安置待输送的焊丝S，且通过转动焊丝盘等方式使所述焊丝S在送丝管路41内部、沿送丝管路41延伸方向运动，最终被输送到预定位置；本实施例中，所述激光光斑直径为0.3mm，且激光光斑与焊丝S的直径比可调节(如优选为1：(0.5～2)；

以及管路导向机构5，其活动连接(如套接等)所述手持式激光焊接枪2，用于供所述送丝管路41穿过，且可沿与激光L光轴平行方向移动和/或以激光L光轴为轴转动，由此，可以通过平移/转动调整管路导向机构5的方位来对送丝管路41进行导向固定，以根据工况将焊丝S输送至预定位置；本实施例中，如图2a所示，所述管路导向机构5包括：环状部51，其套设在激光入射部21和/或激光出射部22的外周面上，且可沿与激光L光轴平行方向移动和/或以激光L光轴为轴转动；管路固定部52，其连接所述环状部51，且供所述送丝管路41穿过；或者，如图2b所示，在另一实施方式下，所述管路导向机构5包括：环状部51，其套设在激光入射部21和/或激光出射部22的外周面上，且可沿与激光L光轴平行方向移动和/或以激光L光轴为轴转动，同时，所述环状部51上轴向开设有供所述送丝管路41穿过的通孔511。需要说明的是，上述两种管路导向机构5的具体实施形式仅为举例，任何可以活动连接手持式激光焊接枪2，供所述送丝管路41穿过，且可沿与激光L光轴平行方向移动和/或以激光L光轴为轴转动的管路导向机构5结构形式均属于本发明的保护范围。

本实施例中的手持式激光填丝焊接装置结构设计合理、简单、操作方便，仅通过手动触发控制开关23即可使得控制器3控制激光器1产生激光L和/或控制送丝机构4输送焊丝S，以完成焊接，且可通过平移/转动调整管路导向机构5的方位来对送丝管路41进行导向固定，进一步根据不同工况需求将焊丝S输送至预定位置，由此可大幅提高工作效率。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，如图3-4所示，本实施例中的手持式激光填丝焊接装置还包括：偏摆机构以及焊丝剪丝装置；

其中，所述偏摆机构设置于所述手持式激光焊接枪2内部，且连接所述控制器，用于在所述控制器的控制下带动激光光斑摆动，以获得不同的焊缝轨迹(如Z字型焊缝等)；本实施例中，所述激光光斑的摆动范围为0±4mm，摆动频率为0～300HZ；需要说明的是，所述偏摆机构可通过振镜电机联动来改变平行光束，从而使激光光斑摆动，其属于现有技术，具体可参照如申请号为201821319822.6、“一种双轴摆动光斑激光焊接加工头”等专利申请中所记载的方案实现；

所述焊丝剪丝装置包括：

仿形固定机构6，其与所述手持式激光焊接枪2的外形相匹配，用于固定所述手持式激光焊接枪2的位置；

剪丝机构7，其用于对从送丝管路41中伸出的焊丝S进行剪丝，以确保每次焊接前焊丝S的干伸长长度一致，且光丝位置匹配良好；具体的，所述剪丝机构7端部设有用于容纳从送丝管路41中伸出的部分焊丝S的焊丝容纳部71，且容纳于焊丝容纳部71内的部分焊丝S为需要剪除的部分，由此，可通过焊丝容纳部71对待剪丝的部分焊丝S进行收容，保证焊丝S每次剪丝的位置相对固定，同时还能对待剪丝的部分焊丝S进行导向，使其靠近剪丝机构7的中心，进一步便于后续进行精确剪丝；同时，所述剪丝机构7内部还设有位于焊丝容纳部71下方的收集腔72，焊丝容纳部71内的部分焊丝S被剪除后直接落入收集收集腔72内，便于进一步集中清理。

以及剪丝定位机构8，其与所述仿形固定机构6活动连接，用于标定所述剪丝机构7的位置；具体的，所述剪丝定位机构8可拆卸的设置在开设于所述仿形固定机构6表面的槽口61中，且所述剪丝定位机构8上设有刻度81，所述剪丝机构7与所述剪丝定位机构8正交设置，且可沿刻度直线移动。

由此，当需要满足不同光丝配合需求时，先通过仿形固定机构6固定所述手持式激光焊接枪2的位置，同时安装剪丝定位机构8，进一步根据刻度81移动剪丝机构7，以对移动剪丝机构7的位置进行准确标定，同时，若光丝位置相对固定，则每次只需要将移动剪丝机构7移动至同一刻度处即可，无需反复微调，在保证光丝配合精度的可大幅提高工作效率。

实施例3：

上述手持式激光填丝焊接装置需要定期检验激光功率，若出光功率稳定性变差，则需要检查原因，并重新调节参数后再进行使用。由此，本实施例与实施例1或2的不同之处仅在于，如图5所示，本实施例中的手持式激光填丝焊接装置还包括：激光功率测试装置；且所述激光功率测试装置包括：

功率测试定位机构10，其与所述仿形固定机构6活动连接，用于标定功率测试仪9的位置，所述功率测试仪9用于测定从已被仿形固定机构6固定的所述手持式激光焊接枪2中射出的激光L功率，优选的，仿形固定机构6固定所述手持式激光焊接枪2后，使得所述激光L朝向预定安全位置(如地面)射出，以确保安全；具体的，所述功率测试定位机构10可拆卸的设置在开设于所述仿形固定机构6表面的槽口61中，且所述功率测试定位机构10上设有刻度101，所述功率测试仪9可按照刻度101直线移动；优选的，所述功率测试定位机构10为直角尺，其包括正交的横向刻度以及纵向刻度，所述功率测试仪9可按照横向刻度和/或纵向刻度，以保证其处于准确的检测位置，以更为精确的检测激光L的功率，类似的，若激光L的射出位置相对固定，则每次只需要将功率测试仪9移动至同一刻度处即可，无需反复微调。

实施例4：

本实施例与实施例1或2或3的不同之处仅在于，本实施例中的手持式激光填丝焊接装置还包括：开关安全组件，其用于防止所述控制开关23被误触，以避免引发安全事故；具体的，如图6所示，所述开关安全组件包括：

保护罩24，其可开合的罩设在所述控制开关23上，用于将控制开关23与外界进行隔离，以避免外界因素直接接触到控制开关23而引发误触；

和/或，保险开关25，其连接所述控制器3，以使得其控制器3的控制下，与所述控制开关23同时被触发时，所述控制开关23才产生所述控制信号，使得控制器3根据所述控制信号控制激光器1产生激光L和/或控制送丝机构4输送焊丝S，以此避免意外按下单个按钮出光而造成伤害；

和/或，传感器，其安装在所述手持式激光焊接枪2上，且与所述控制器3、控制开关23连接，当所述传感器与被加工工件接触时，所述传感器产生启动信号，并发送至所述控制器3，所述控制器3根据所述启动信号以及触发控制开关23产生的控制信号控制激光L和/或控制送丝机构4输送焊丝S，本实施例中，所述传感器为电容传感器，其触碰到被加工工件时，电容传感器的电量变化(如电量衰减)，进一步产生启动信号，并发送至所述控制器3。

由此，本实施例中采用多种保护措施来保证激光焊接时的安全性，以避免产生因误触控制开关等原因引发的安全事故。

实施例5：

本实施例还提供了一种通过上述实施例1-4任一项所述手持式激光填丝焊接装置实现的焊接方法，其包括如下步骤：

S1、调整手持式激光焊接枪与送丝机构的位置，使得激光与焊丝的位置对应；

S2、焊接前剪丝，以确保每次焊前焊丝的干伸长长度一致；具体的，其包括：在仿形固定机构上安装剪丝定位机构，根据焊丝直径、激光功率，通过沿剪丝定位机构的刻度移动剪丝机构来确定剪丝机构的位置；再将所述手持式激光焊接枪固定在所述仿形固定机构上，启动送丝机构，按照预设送丝速度送丝，然后控制剪丝机构剪丝，确保每次焊前焊丝的干伸长长度一致；

S3、通过所述控制器设定焊接参数，所述焊接参数包括：激光功率、送丝速度、焊丝直径、激光光斑摆动频率中的一种或几种；

S4、激光器产生激光，且送丝机构开始输送焊丝，以按照所述焊接参数进行焊接；且在完成若干焊接循环后先剪丝，然后安装功率测试定位机构，并使得功率测试仪按照功率测试定位机构的刻度移动到预定位置，再进行激光功率测试，以判断激光出光功率是否稳定。

综上所述，本发明的手持式激光填丝焊接装置结构设计简单、工作效率高，通过手持式激光焊接枪即可完成激光填丝焊，同时结合多种保护措施来保证激光焊接时的安全性，以避免产生因误触控制开关等原因引发的安全事故；进一步的，所述手持式激光填丝焊接装置可将焊丝输送至预定位置，且具有剪丝机构、剪丝定位机构以及功率测试定位机构，同时具备激光摆动功能，由此可以匹配不同的焊缝结构和材料，实现精确剪丝以及快速功率测试，以满足不同工况的加工、质量要求。

需要说明的是，上述实施例1-5中的技术特征可任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。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 (11)

1.一种手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，包括：激光器,其用于产生激光；具有控制开关的手持式激光焊接枪，其连接所述激光器，且激光通过所述手持式激光焊接枪射出；控制器和送丝机构，所述控制器分别与所述控制开关，以及激光器和/或送丝机构连接，通过触发控制开关产生控制信号，使得控制器根据控制信号控制激光器产生激光和/或控制送丝机构输送焊丝；剪丝机构，其用于对焊丝进行剪丝；以及剪丝定位机构，其用于标定所述剪丝机构的位置。

2.如权利要求1所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述送丝机构包括：送丝机以及送丝管路，所述送丝机用于安置待输送的焊丝，且使所述焊丝在送丝管路内部、沿送丝管路延伸方向运动。

3.如权利要求2所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：管路导向机构，其活动连接所述手持式激光焊接枪，用于供所述送丝管路穿过，且可沿与激光光轴平行方向移动和/或以激光光轴为轴转动。

4.如权利要求1所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：偏摆机构，其用于带动激光光斑摆动。

5.如权利要求1所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：仿形固定机构，其与所述手持式激光焊接枪的外形相匹配，用于固定所述手持式激光焊接枪的位置；以及剪丝定位机构，其与所述仿形固定机构活动连接，用于标定所述剪丝机构的位置。

6.如权利要求5所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述剪丝机构端部设有用于容纳部分焊丝的焊丝容纳部，所述剪丝机构内部设有位于焊丝容纳部下方的收集腔。

7.如权利要求5所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述剪丝定位机构上设有刻度，所述剪丝机构可沿刻度直线移动。

8.如权利要求5所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：功率测试定位机构，其与所述仿形固定机构活动连接，用于标定功率测试仪的位置。

9.如权利要求8所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述功率测试定位机构上设有刻度，所述功率测试仪可按照所述刻度直线移动。

10.如权利要求8所述的手持式激光填丝焊接装置，其特征在于，所述手持式激光填丝焊接装置还包括：保护罩，其可开合的罩设在所述控制开关上，用于将控制开关与外界进行隔离，以避免控制开关被误触；和/或，保险开关，其连接所述控制器，以使得当所述保险开关与所述控制开关同时被触发时，所述控制开关才产生所述控制信号；和/或，传感器，其安装在所述手持式激光焊接枪上，且与所述控制器、控制开关连接，当所述传感器与被加工工件接触时，所述传感器产生启动信号，并发送至所述控制器，所述控制器根据所述启动信号以及触发控制开关产生的控制信号控制激光和/或控制送丝机构输送焊丝。

11.一种通过如权利要求1-10任一项所述手持式激光填丝焊接装置实现的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调整手持式激光焊接枪与送丝机构的位置，使得激光与焊丝的位置对应；

S2、焊接前剪丝，以确保每次焊前焊丝的干伸长长度一致；

S3、通过控制器设定焊接参数，所述焊接参数包括：激光功率、送丝速度、焊丝直径、激光光斑摆动频率中的一种或几种；

S4、激光器产生激光，且送丝机构开始输送焊丝，以进行焊接。

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