CN111822861B - 一种激光焊炬系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊炬系统，包括激光发射装置、调节系统和送丝杆，调节系统包括与激光发射装置固连的导轨、与导轨滑动配合的位移微调装置、设置在微调装置上的角度微调装置、设置在角度微调装置上的伺服电机、一端与伺服电机的输出轴连接的伸缩杆和与伸缩杆的另一端连接的送丝杆调节机构，送丝杆调节机构远离伸缩杆的一端连接有夹持套，夹持套将送丝杆夹紧，送丝杆一端连接有驱动送丝机构、另一端连接有出料机构，位移微调装置能够实现角度微调装置X、Y、Z三个方向的位移，角度微调装置能够调节伺服电机的角度，从而调节伸缩杆的角度，送丝杆调节机构与伸缩杆之间的夹角能够调节。本发明能够实现远距离狭小空间内的激光焊接。

Description

一种激光焊炬系统

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别是涉及一种激光焊炬系统。

背景技术

激光焊是一种高能束焊接方法，具有能量密度高、焊接热输入小、焊缝细小美观、焊接热影响区窄、焊接效率高和清洁环保等优点，被广泛应用于各种焊接领域。目前常用的激光焊接方法为激光自熔焊接，焊接过程中并不填丝，只通过对母材的加热熔化从而凝固形成接头。激光自熔焊焊接过程中会导致母材中一些合金成分的蒸发，从而导致接头成形不良，甚至产生裂纹和气孔等缺陷。另外，由于激光聚焦光斑很小，因而激光自熔焊对接头装配间隙和错边量要求非常高，通常小于0.1mm。与自熔焊相比，激光填丝焊接技术可以解决以上激光自熔焊接的局限性，它是通过填充焊丝或焊料的方式，控制焊缝合金成分和改善接头显微组织，最终提高其使用性能。激光填丝焊需要送丝装置和保护气装置。焊丝在铅垂面内要与焊缝共面，一般位于工件运动方向的前端，且与焊缝有一定的夹角。在工件运动的后端，装有一根气管用于侧吹保护气体，对焊缝进行保护。

由于复杂构件激光焊接依赖大量夹具，所以激光焊接技术的推广还需要解决空间干涉问题和精确定位等难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光焊炬系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现远距离狭小空间激光焊接。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种激光焊炬系统，包括激光发射装置、调节系统和送丝杆，所述调节系统包括与所述激光发射装置固连的导轨、与所述导轨滑动配合的位移微调装置、设置在所述微调装置上的角度微调装置、设置在所述角度微调装置上的伺服电机、一端与所述伺服电机的输出轴连接的伸缩杆和与所述伸缩杆的另一端连接的送丝杆调节机构，所述送丝杆调节机构远离所述伸缩杆的一端连接有夹持套，所述夹持套将所述送丝杆夹紧，所述送丝杆一端连接有驱动送丝机构、另一端连接有出料机构，所述位移微调装置能够实现所述角度微调装置X、Y、Z三个方向的位移，所述角度微调装置能够调节所述伺服电机的角度，从而调节所述伸缩杆的角度，所述送丝杆调节机构与所述伸缩杆之间的夹角能够调节。

优选的，还包括加强杆，所述加强杆一端与所述送丝杆调节机构远离所述伸缩杆的一端连接，另一端与所述送丝杆远离所述驱动送丝机构的一端连接，所述加强杆通过加强杆固定块与所述送丝杆连接。

优选的，所述出料机构为送丝嘴，还包括送气嘴，所述送气嘴通过送气嘴调节机构与所述送丝嘴连接；所述送气嘴调节机构包括套设在所述送丝嘴上的第一连接筒、与所述第一连接筒铰接的第二连接筒、穿设在所述第二连接筒上的位移杆、穿设在所述位移杆一端的第一调节杆、穿设在所述第一调节杆一端的第二调节杆，所述送气嘴与所述第二调节杆的一端固连，所述位移杆与所述第二连接筒的连接位置能够调节，所述第一调节杆与所述位移杆的连接位置能够调节，所述第二调节杆与所述第一调节杆的连接位置能够调节，所述第一调节杆与所述位移杆能够相对转动，所述第二调节杆与所述第一调节杆能够相对转动。

优选的，所述伸缩杆包括一级伸缩杆和穿设在所述一级伸缩杆中的二级伸缩杆，所述二级伸缩杆一端固设有丝杠螺母，所述二级伸缩杆中穿设有与所述丝杠螺母螺纹连接的丝杠，所述丝杠的一端与齿轮箱的输出轴连接，所述伺服电机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴连接。

优选的，所述送丝杆调节机构包括基座、左调节板、右调节板和套筒，所述基座一端与所述伸缩杆固连，所述左调节板和所述右调节板均一端设置有弧形滑槽和位于弧形滑槽内侧的连接孔，所述左调节板和所述右调节板通过所述连接孔与所述基座转动连接，所述弧形滑槽中穿设有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉能够将所述左调节板或所述右调节板与所述基座夹紧。

优选的，所述角度微调装置包括底座和旋转台，所述底座中央设置有支杆，所述旋转台通过轴承与所述支杆转动配合，所述旋转台的侧壁设置有左螺钉孔和右螺钉孔，所述左螺钉孔中设置有左调节螺钉，所述右螺钉孔中设置有右调节螺钉，所述旋转台上还设置有位于所述左螺钉孔和所述右螺钉孔之间的凸台。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的激光焊炬系统能够实现远距离狭小空间内的激光焊接。本发明激光焊炬系统中的调节系统具有大焦距小夹角的特点，结构简单、制造容易，结构紧凑，空间占用率小。送丝杆由多部分通过螺纹连接组成，每部分200mm，可以适应不同距离的远程焊接。通过加强杆的固定，保证了送丝杆在焊接过程中的刚性，不摆动。在送丝嘴上固定有送气嘴，保证焊缝不受氧化。整个送丝杆、送丝嘴、送气嘴有调节装置调节位移角度，保证焊接位置的准确。是一个通用性好，结构紧凑能有效实现远距离激光填丝焊接工装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例一激光焊炬系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例一激光焊炬系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例一激光焊炬系统中角度微调装置的结构示意图；

图4为本发明实施例一激光焊炬系统中伸缩杆的结构示意图；

图5为本发明实施例一激光焊炬系统中送丝杆调节装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一激光焊炬系统中保护气装置的结构示意图；

图7为本发明实施例二激光焊炬系统的结构示意图一；

图8为本发明实施例二激光焊炬系统的结构示意图二；

其中：1-激光发射装置、2-驱动送丝机构、3-驱动电机、4-位移微调装置、5-角度微调装置、501-底座、502-右调节螺钉、503-旋转台、504-左调节螺钉、505-轴承、506-左螺钉孔、507-右螺钉孔、508-突出块、6-导轨、7-伺服电机、701-齿轮箱、8-一级伸缩杆、9-二级伸缩杆、901-丝杠、902-丝杠螺母、10-送丝杆调节机构、101-基座、102-左调节板、103-右调节板、104-套筒、11-加强杆、12-送气嘴、13-送气嘴调节机构、131-第一连接筒、132-第二连接筒、133-位移杆、134-第一调节杆、135-第二调节杆、14-送丝嘴、15-加强杆固定块、16-送丝杆、17-激光束、18-夹持套、181-左夹持套、182-右夹持套、19-电弧焊枪。

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付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种激光焊炬系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现远距离狭小空间激光焊接。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1至图6所示：本实施例激光焊炬系统包括激光发射装置1、驱动送丝机构2的驱动电机3、位移微调装置4、角度微调装置5、导轨6、伺服电机7、一级伸缩杆8、二级伸缩杆9、送丝杆调节装置10、加强杆11、送气嘴12、送气嘴调节机构13、送丝嘴14、加强杆固定装置15、送丝杆16、夹持套18等部分。其中，激光发射装置1的直径在30mm-50mm之间、焦距在1000mm-1500mm之间，能够发射远距离激光束。导轨6与激光发射装置1相连，位移微调装置4与导轨6滑动配合，可以调节X、Y、Z三个方向的位移，来调节整个伸缩杆的位置。角度微调装置5的底座501与位移微调装置4相连，来调节伸缩杆的角度，以激光束的方向为0°基准，在角度微调装置5上方安装有伺服电机7，通过伺服电机7来控制伸缩杆以达到伸缩功能。

安装在送丝杆调节装置10上的送丝杆16可以实现远距离送丝，同时可实现角度调节，使得送丝角度小于10°。安装在送丝嘴上的送气嘴12和送气嘴调节机构13可实现送气嘴调节。为了保证送丝杆16的稳定性，采用增加强杆11的方式来实现。

进一步地，位移位移微调装置4可以实现微米级别的移动，由固定座、滑台、固定座、滑台、升降台、升降块、固定升降台、调节杆组成，其中固定台和滑台通过轨道连接，固定台和滑台通过螺栓连接，固定升降台与滑台通过螺栓连接。移动块固定在滑台上，调节杆座固定在固定座上，将调节杆安装在调节杆固定座内使得杆的末端接触移动块，通过扭动调节杆可以实现X、Y、Z三个方向上的位移调节，以本发明中图1整个焊炬系统的主视图为例，右手握住激光束伸出大拇指、食指、中指，大拇指方向为Z向，食指为X向，中指为Y向。使得安装在伸缩杆末端的送丝杆16及送丝嘴14与激光束在同一平面内，其中调节杆转动一周为10μm。

角度微调装置5由底座501、旋转台503、左调节螺钉504、右调节螺钉502、轴承505组成，底座501上有轴，旋转台503上有轴承505，轴与轴承505过盈配合，实现底座501与旋转台503的连接。旋转台503上有左螺钉孔506和右螺钉孔507，把左右调节螺钉孔安装在螺钉孔内，在旋转台503上的突出块508，扭动左调节螺钉504使得左调节螺钉504接触突出块508带动旋转台504旋转实现正度数调节，扭动右调节螺钉502可以实现负度数调节。通过转动调节螺钉可以实现绕着垂直于旋转台平面的轴转动，实现对伸缩杆及送丝杆16角度的第一次调节，转动范围-30°～+30°。

进一步地，伸缩杆包括一级伸缩杆8和穿设在一级伸缩杆8中的二级伸缩杆9，二级伸缩杆9一端固设有丝杠螺母902，二级伸缩杆9中穿设有与丝杠螺母902螺纹连接的丝杠901，丝杠901的一端与齿轮箱701的输出轴连接，伺服电机7的输出轴与齿轮箱701的输入轴连接。伺服电机7转动后，输出轴带动位于一级伸缩杆8中的丝杠901转动，通过螺纹连接套在丝杠901上的丝杠螺母902在丝杠901的转动下，会沿着丝杠往下运动，在丝杠螺母902的带动下，二级伸缩杆9沿着一级伸缩杆8直线往下，实现了二级伸缩杆9的伸长功能，一级伸缩杆8的长度为500mm，二级伸缩杆9到达极限位置是可达1000mm，整个伸缩杆可达位置范围为500mm～1000mmm，可以实现对送丝杆16、送丝嘴14上下位移的调控，实现对送丝杆16及送丝嘴14上下位置的第一次调节。此外，在伺服电机7的控制下，如果二级伸缩杆9达到了预定的位置，可以立即停下。在回收的同时，只需将伺服电机7反转即可。

进一步地，送丝杆调节装置10由基座101、左调节板102、右调节板103、套筒104组成，套筒104的两端分别与左调节板102、右调节板103连接，其中左调节板102、右调节板103分别通过螺栓连接在基座101上。基座101上打有螺栓孔，在左调节板102、右调节板103上设置有弧形滑槽，调节角度时，松动螺栓，使左调节板102、右调节板103绕着螺栓轴转动，可以上下调节角度，角度调节范围0°～180°，可以实现对送丝杆16及送丝嘴14的角度的第二次调节，当角度调节到达预定位置时，拧紧螺栓固定。

进一步地，送丝杆调节装置18由左夹持套181和右夹持套182组成，二者通过螺栓连接。其中左夹持套181和右夹持套182通过螺栓和送丝杆调节装置10连接在一起，可以上下转动调节角度，实现对送丝杆16角度的第三次调节，角度调节范围0°～90°，角度到达预定位置时拧紧螺栓固定。角度可以实现送丝杆16与激光束17之间的夹角小于10°。

进一步地，送丝杆16长度可以调节，由多个子送丝杆组成，各个子送丝杆通过螺纹连接，每个子送丝杆长度为200mm，根据实际焊接情况增减子送丝杆数量，以达到调节长度的目的，末端连接送丝嘴14，可以实现1000mm～1500mm远距离的送丝，实现对送丝嘴14上下位置的第二次调节。

进一步地，加强杆11由加强杆杆体和端塞组成，二者通过螺纹连接。两端端塞分别固定在送丝杆调节装置10和加强杆固定装置15，其中加强杆11固定装置安装在送丝嘴14上，可以实现增加送丝杆14位置刚性的固定。

进一步地，保护气装置包括送气嘴12和送气嘴调节机构13。其中送气嘴调节机构13包括套设在送丝嘴14上的第一连接筒131、与第一连接筒131铰接的第二连接筒132、穿设在第二连接筒132上的位移杆133、穿设在位移杆133一端的第一调节杆134、穿设在第一调节杆134一端的第二调节杆135，送气嘴12与第二调节杆135的一端固连，位移杆133与第二连接筒132的连接位置能够调节，第一调节杆134与位移杆133的连接位置能够调节，第一调节杆134与位移杆133能够相对转动，第二调节杆135与第一调节杆134能够相对转动，第二调节杆135与第一调节杆134的连接位置能够调节。第二连接筒132可以绕着送丝嘴14转动，位移杆133上有齿槽，安装在第二连接筒132中，当位移杆133调节到固定位置时拧紧螺钉，保证了位移杆不轴向移动。第一调节杆134安装在位移杆133中可以绕着自身轴旋转。同时，位移杆133通过移动实现对送气嘴12位移的第一次调节，第一调节杆134和第二调节杆135可以实现对送气嘴12位移的第二次调节，使得送气嘴12与激光束17、送丝嘴14在同一平面内，第一调节杆134和第二调节杆135可以绕着自身轴线旋转，以适应不同的送气角度，调节角度范围0°～360°。可以实现在焦距1000mm～1500mm条件下的远程激光填丝焊接过程中对焊接高温区域进行惰性气体随焊保护。

本实施例激光焊炬系统在使用时的操作方法如下：

(1)焊接前，通过事先设定好的激光焦距参数，将激光发射装置1调节到预定位置；

(2)将导轨6固定在激光发射装置1上，通过螺栓连接，将位移微调装置4固定在导轨6上；

(3)角度微调装置5安装在位移微调装置4上；

(4)将伺服电机7、一级伸缩杆8、二级伸缩杆9、丝杠901、丝杠螺母902依次安装到位，通过伺服电机7将伸缩杆伸到预定位置，并且调节角度微调装置5，使得整个伸缩杆到达预定位置；

(5)在伸缩杆末端安装送丝杆调节装置10和夹持套18；

(6)将送丝杆16固定在夹持套18上；

(7)将送丝嘴14安装在送丝杆16底部，同时调节送丝杆调节装置10和夹持套18，使得送丝嘴14与激光束17达到预定角度；

(9)将加强杆11安装在送丝嘴14及送丝杆调节装置10上；

(9)将送气嘴调节机构13安装在送丝嘴14上面；

(10)将送气嘴12安装在送气嘴调节机构13上，调节第一连接管131、第二连接管132、位移杆133、第一调节杆134和第二调节杆135，使得送气嘴12与激光束17、送丝嘴14在同一平面内，并保持相应的角度，然后实施焊接。

实施例二

本实施例的激光焊炬系统与实施例一提供的激光焊炬系统，在结构和工作原理上基本相同，不同之处在于：本实施例的激光焊炬系统中没有设置送丝嘴14、加强杆11、加强杆固定块15和送丝杆16，而是设置有通过管路与驱动送丝机构2连接的电弧焊枪19，调节系统中的送丝杆调节机构10通过夹持套18将电弧焊枪19夹持，通过调节系统调节电弧焊枪19的姿态、角度等，以方便焊接工作。需要注意的是，实施例一采用激光填丝焊，实施例二采用激光电弧复合焊。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种激光焊炬系统，其特征在于：包括激光发射装置、调节系统和送丝杆，所述调节系统包括与所述激光发射装置固连的导轨、与所述导轨滑动配合的位移微调装置、设置在所述位移微调装置上的角度微调装置、设置在所述角度微调装置上的伺服电机、一端与所述伺服电机的输出轴连接的伸缩杆和与所述伸缩杆的另一端连接的送丝杆调节机构，所述送丝杆调节机构远离所述伸缩杆的一端连接有夹持套，所述夹持套将所述送丝杆夹紧，所述送丝杆一端连接有驱动送丝机构、另一端连接有出料机构，所述位移微调装置能够实现所述角度微调装置X、Y、Z三个方向的位移，所述角度微调装置能够调节所述伺服电机的角度，从而调节所述伸缩杆的角度，所述送丝杆调节机构与所述伸缩杆之间的夹角能够调节；

所述出料机构为送丝嘴，还包括送气嘴，所述送气嘴通过送气嘴调节机构与所述送丝嘴连接；所述送气嘴调节机构包括套设在所述送丝嘴上的第一连接筒、与所述第一连接筒铰接的第二连接筒、穿设在所述第二连接筒上的位移杆、穿设在所述位移杆一端的第一调节杆、穿设在所述第一调节杆一端的第二调节杆，所述送气嘴与所述第二调节杆的一端固连，所述位移杆与所述第二连接筒的连接位置能够调节，所述第一调节杆与所述位移杆的连接位置能够调节，所述第二调节杆与所述第一调节杆的连接位置能够调节，所述第一调节杆与所述位移杆能够相对转动，所述第二调节杆与所述第一调节杆能够相对转动。

2.根据权利要求1所述的激光焊炬系统，其特征在于：还包括加强杆，所述加强杆一端与所述送丝杆调节机构远离所述伸缩杆的一端连接，另一端与所述送丝杆远离所述驱动送丝机构的一端连接，所述加强杆通过加强杆固定块与所述送丝杆连接。

3.根据权利要求1所述的激光焊炬系统，其特征在于：所述伸缩杆包括一级伸缩杆和穿设在所述一级伸缩杆中的二级伸缩杆，所述二级伸缩杆一端固设有丝杠螺母，所述二级伸缩杆中穿设有与所述丝杠螺母螺纹连接的丝杠，所述丝杠的一端与齿轮箱的输出轴连接，所述伺服电机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴连接。

4.根据权利要求1所述的激光焊炬系统，其特征在于：所述送丝杆调节机构包括基座、左调节板、右调节板和套筒，所述基座一端与所述伸缩杆固连，所述左调节板和所述右调节板均一端设置有弧形滑槽和位于弧形滑槽内侧的连接孔，所述左调节板和所述右调节板通过所述连接孔与所述基座转动连接，所述弧形滑槽中穿设有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉能够将所述左调节板或所述右调节板与所述基座夹紧。

5.根据权利要求1所述的激光焊炬系统，其特征在于：所述角度微调装置包括底座和旋转台，所述底座中央设置有支杆，所述旋转台通过轴承与所述支杆转动配合，所述旋转台的侧壁设置有左螺钉孔和右螺钉孔，所述左螺钉孔中设置有左调节螺钉，所述右螺钉孔中设置有右调节螺钉，所述旋转台上还设置有位于所述左螺钉孔和所述右螺钉孔之间的凸台。

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