CN113182684A - 双光束激光填丝焊接方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双光束激光填丝焊接方法及装置，双光束激光填丝焊接方法，包括如下步骤：在焊缝处预设焊丝；将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧；调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内；根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。本发明利用并行排布双光束改善熔滴过渡行为，减小熔滴过渡周期、熔滴过渡尺寸和熔滴振荡幅度，实现改善焊缝表面质量的目的；利用双光束改善熔池流动方式提高熔池稳定性，实现改善焊缝成形和焊缝内部质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种双光束激光填丝焊接方法。
背景技术
激光填丝焊作为一种激光焊接工艺，应用范围已越来越广。
目前工业生产中部分激光焊接采用激光填丝焊的方式，以提高激光焊接间隙适应性、降低装配精度要求、改善焊缝成分和组织，从而提高工艺适应性和焊缝质量。但焊丝的加入会使得工艺过程控制难度增大，导致送丝精度要求高、熔丝稳定性控制难等问题。为获得良好的焊缝质量，必须严格控制焊丝的熔化过渡行为，尽量以液桥方式过渡，才能保证较好的焊缝成形和焊接质量。但实际生产过程中，由于受激光光斑尺寸限制、送丝过程波动以及装配精度难以完全保证等因素的影响，容易出现因焊丝熔化过渡过程不稳定而导致的焊缝质量问题。
发明内容
本发明提供一种双光束激光填丝焊接方法，用以解决受激光光斑尺寸限制、送丝过程波动以及装配精度难以完全保证等因素的影响，容易出现因焊丝熔化过渡过程不稳定而导致的焊缝质量问题。
本发明提供一种双光束激光填丝焊接方法，包括如下步骤：
在焊缝处预设焊丝；
将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧；
调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内；
根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。
根据本发明的一个实施例，所述在焊缝处预设焊丝，具体包括，通过送丝控制模块将所述焊丝倾斜设置在所述焊缝的上方。
根据本发明的一个实施例，在焊接过程中，通过所述送丝控制模块实时调节所述焊丝的位置。
根据本发明的一个实施例，所述将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧的步骤中，具体通过光丝位置实时监测模块监测所述双光束激光距离所述焊丝的距离。
根据本发明的一个实施例，所述根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，具体包括，根据所述双光束激光的光斑直径、光斑间距以及所述焊丝的直径，确定光丝对中偏移量的极限值，并将其输入控制系统中作为实时监测控制的标准值，所述控制系统根据该标准值实时调节所述焊丝的位置。
根据本发明的一个实施例，所述调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内，进一步还包括，所述双光束激光作用于所述焊丝末端。
根据本发明的一个实施例，所述在焊缝处预设焊丝的步骤之前，还包括，组装待焊工件，形成焊缝。
根据本发明的一个实施例，所述双光束激光具有相等的能量。
本发明还提供一种双光束激光填丝焊接装置，包括：
双光束激光发生器，用于发出双光束激光；
送丝控制模块，用于在焊缝处预设焊丝；
光丝位置实时监测模块，用于实时监测所述焊丝的位置；
控制系统，用于根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。
根据本发明的一个实施例，所述双光束激光发生器采用CO2激光器、光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或者半导体激光器。
本发明提供的双光束激光填丝焊接方法及装置，针对激光填丝焊过程中存在的送丝精度要求高、熔丝稳定性难控制、焊接工艺窗口窄的问题，通过并行排布的双光束激光同时作用于焊丝，利用增大的横向有效加热面积有效改善焊丝对中适应性和熔丝稳定性，实现降低送丝精度、增大焊接工艺窗口的目的；利用并行排布双光束改善熔滴过渡行为，减小熔滴过渡周期、熔滴过渡尺寸和熔滴振荡幅度，实现改善焊缝表面质量的目的；利用双光束改善熔池流动方式提高熔池稳定性，实现改善焊缝成形和焊缝内部质量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的双光束激光填丝焊接方法流程示意图；
图2是本发明提供的双光束激光填丝焊接装置的系统示意图；
图3是常规激光填丝焊接和本发明实施例的双光束激光填丝焊接的光丝对中偏移量的比较示意图；
图4是双光束光斑间距L和光斑直径D对光丝对中偏移量的影响比较示意图；
附图标记：
1、待焊工件；2、焊丝；3、双光束激光；4、光丝位置实时监测模块；5、控制系统；6、送丝控制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
激光焊接技术相比其他传统的焊接方法，具有能量密度高、焊接变形小、焊接效率高、易实现自动控制等优点，且随着各种高性能大功率激光器的研制成功，已经在航空航天、汽车、造船等众多领域得到了广泛的应用。虽然激光焊接技术具有显著的优势，但在实际应用过程中仍然存在对工件的组装精度要求很高、不能对焊缝性能进行调控等问题。因此在实际生产中，往往采用激光填丝焊，通过焊丝的加入，可以提高激光焊接间隙适应性，降低装配精度要求，改善焊缝成分和组织，从而提高工艺适应性和焊缝质量。但实际生产过程中，由于受激光光斑尺寸限制、送丝过程波动以及装配精度难以完全保证等因素的影响，容易出现因焊丝熔化过渡过程不稳定而导致的焊缝质量问题。
为了解决上述技术问题，如图1所示，本发明提供一种双光束激光填丝焊接方法，包括如下步骤：
S10、在焊缝处预设焊丝；
S20、将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧；
S30、调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内，换句话说，根据双光束激光填丝焊接工艺参数，调整双光束激光与焊丝间距为零、双光束激光与焊丝横向偏移量为零，以保证焊丝熔化后以稳定的液桥方式过渡；
S40、根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。
首先，可以理解的是，“光丝”是指双光束激光与焊丝，光丝对中偏移量是指双光束激光与焊丝的对中偏移量。
如图1并结合图2所示，根据双光束激光的光斑直径D、光斑间距L以及焊丝直径，首先设定光丝对中偏移量的极限值，将其输入控制系统5中作为实时监测控制的标准值。实际焊接过程中，光丝位置实时监测模块4将对光丝间距、光丝横向偏移量进行实时监测；当由于送丝控制模块6或者工件装夹等原因导致光丝位置超出设定值不能保证熔丝稳定性时，控制系统5会对送丝控制模块6发出指令，对送丝位置进行微调，保证光丝位置处于最优范围。
本发明实施例通过并行排布的双光束激光3同时作用于焊丝2，利用增大的横向有效加热面积有效改善焊丝2对中适应性和熔丝稳定性，实现降低送丝精度、增大焊接工艺窗口的目的；利用并行排布双光束改善熔滴过渡行为，减小熔滴过渡周期、熔滴过渡尺寸和熔滴振荡幅度，实现改善焊缝表面质量的目的；利用双光束改善熔池流动方式提高熔池稳定性，实现改善焊缝成形和焊缝内部质量的目的。
如图3所示，对于常规激光填丝焊，受激光光斑尺寸限制、送丝过程波动以及装配精度难以完全保证等因素的影响，当焊丝2位置出现横向波动时即会导致熔化过渡过程不稳定而影响焊缝质量。以不锈钢光纤激光填丝焊为例，对板厚为2mm的321不锈钢板进行光纤激光填丝焊(光斑直径D为0.4mm,焊丝2直径为1.2mm，激光功率为1500W，焊接速度为1m/min)，当焊丝2横向偏移量为0.2mm时，焊丝2仅有部分熔化，未熔化部分堆积在焊缝边缘，焊缝成形差。采用双光束激光3填丝焊(双光束光斑直径D仍为0.4mm，焊丝2直径为1.2mm，光斑间距L为0.6mm,双光束激光3功率均为750W，焊接速度为1m/min)，由于横向有效加热面积增大，在焊丝2横向偏移量为0.4mm时，焊丝2仍然能够实现稳定熔化过渡，焊缝成形较好。在熔滴过渡模式下，同样采用上述焊接工艺参数，单激光填丝焊时熔滴过渡周期约为90ms，而并行排布双光束激光3填丝焊熔滴过渡周期仅为40ms，即单位时间内熔滴过渡频率更大、尺寸更小，且熔滴过渡过程更稳定，因此焊缝表面成形得到明显改善。
根据本发明的一个实施例，所述在焊缝处预设焊丝2，具体包括，通过送丝控制模块6将所述焊丝2倾斜设置在所述焊缝的上方，送丝控制模块6可以带有供焊丝2穿过的过孔，随着焊接的进行，焊丝2沿过孔逐渐下移，以供应焊缝处所需的焊丝2量。
根据本发明的一个实施例，在焊接过程中，通过所述送丝控制模块6实时调节所述焊丝2的位置，如图4所示，具体地，根据双光束激光3的光斑直径D、光斑间距L以及焊丝2直径，首先设定光丝对中偏移量的极限值，将其输入控制系统5中作为实时监测控制的标准值。实际焊接过程中，光丝位置实时监测模块4将对光丝间距、光丝横向偏移量进行实时监测，送丝控制模块6根据实时监测的数据控制焊丝2位置，确保焊丝2处于光丝对中偏移量的范围内，确保焊缝质量。
根据本发明的一个实施例，所述将双光束激光3等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧的步骤中，具体通过光丝位置实时监测模块4监测所述双光束激光3距离所述焊丝2的距离，并通过送丝控制模块6调节焊丝2的位置，使得焊丝2相对于双光束激光3的距离相等。
根据本发明的一个实施例，所述根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝2的位置，具体包括，根据所述双光束激光3的光斑直径、光斑间距以及所述焊丝2的直径，确定光丝对中偏移量的极限值，并将其输入控制系统5中作为实时监测控制的标准值，所述控制系统5根据该标准值实时调节所述焊丝2的位置。
根据本发明的一个实施例，所述调整所述焊丝2中心线与所述双光束激光3中心线在同一平面内，进一步还包括，所述双光束激光3作用于所述焊丝2末端。
根据本发明的一个实施例，所述在焊缝处预设焊丝2的步骤之前，还包括，组装待焊工件1，形成焊缝，待焊工件1包括两个，两个待焊工件1对接，形成待焊的焊缝。
根据本发明的一个实施例，所述双光束激光3具有相等的能量，从而作用于焊丝2两侧的能量一致。
本发明还提供一种双光束激光填丝焊接装置，如图2所示，包括：
双光束激光3发生器，用于发出双光束激光3；
送丝控制模块6，用于在焊缝处预设焊丝2，并控制焊丝2的移动；
光丝位置实时监测模块4，用于实时监测所述焊丝2相对于双光束激光3的位置；
控制系统5，用于根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝2的位置，控制所述焊丝2沿焊接方向进行填丝焊接。可利用光丝位置实时监测模块4、控制系统5和送丝控制模块6对光丝位置进行实时监测和微调，保证光丝对中性和光丝间距始终在设定范围内。
本发明实施例利用增大的横向有效加热面积有效改善光丝对中适应性和熔丝稳定性，实现降低送丝精度、增大焊接工艺窗口的目的；利用并行排布双光束改善熔滴过渡行为，减小熔滴过渡周期、熔滴过渡尺寸和熔滴振荡幅度，实现改善焊缝表面质量的目的；利用双光束改善熔池流动方式提高熔池稳定性，实现改善焊缝成形和焊缝内部质量的目的。
根据本发明的一个实施例，所述双光束激光3发生器采用CO2激光器、光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或者半导体激光器。
本发明实施例采用两束激光并行排布且同时作用于焊丝2末端的方式进行焊接，一是增大了横向的有效加热面积，使焊丝2在横向一定范围内波动时仍可以实现良好的熔丝稳定性，大大提高光丝对中适应性，增大了焊接工艺窗口；二是并行排布双光束显著提升了熔滴过渡过程稳定性，熔滴过渡周期、熔滴过渡尺寸、熔滴振荡幅度三者均减小和减弱，焊缝表面质量明显提升；三是并行排布双光束同时改善了熔池流动方式提高了熔池稳定性，有利于改善焊缝内部质量。此外，焊接过程中通过光丝位置实时监测模块4对光丝相对位置进行实时监测，光丝对中性和光丝间距超出设定值时，通过控制系统5对送丝控制模块6发出指令从而对送丝位置进行实时微调，保证焊接过程中光丝对中性和光丝间距始终在设定范围内，进一步确保熔丝过程稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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精神和范围。
Claims (10)
1.一种双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
在焊缝处预设焊丝；
将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧；
调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内；
根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。
2.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述在焊缝处预设焊丝，具体包括，通过送丝控制模块将所述焊丝倾斜设置在所述焊缝的上方。
3.根据权利要求2所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，通过所述送丝控制模块实时调节所述焊丝的位置。
4.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述将双光束激光等距离分布在所述焊缝纵向中心线两侧的步骤中，具体通过光丝位置实时监测模块监测所述双光束激光距离所述焊丝的距离。
5.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，具体包括，根据所述双光束激光的光斑直径、光斑间距以及所述焊丝的直径，确定光丝对中偏移量的极限值，并将其输入控制系统中作为实时监测控制的标准值，所述控制系统根据该标准值实时调节所述焊丝的位置。
6.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述调整所述焊丝中心线与所述双光束激光中心线在同一平面内，进一步还包括，所述双光束激光作用于所述焊丝末端。
7.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述在焊缝处预设焊丝的步骤之前，还包括，组装待焊工件，形成焊缝。
8.根据权利要求1所述的双光束激光填丝焊接方法，其特征在于，所述双光束激光具有相等的能量。
9.一种双光束激光填丝焊接装置，其特征在于，包括：
双光束激光发生器，用于发出双光束激光；
送丝控制模块，用于在焊缝处预设焊丝，并控制焊丝的移动；
光丝位置实时监测模块，用于实时监测所述焊丝以及双光束激光的位置；
控制系统，用于根据光丝对中偏移量，实时调节所述焊丝的位置，控制所述焊丝沿焊接方向进行填丝焊接。
10.根据权利要求9所述的双光束激光填丝焊接装置，其特征在于，所述双光束激光发生器采用CO2激光器、光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或者半导体激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210730 |