CN113319426B - 一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置和填粉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置和填粉方法，所述装置包括：固定台、设置于该固定台上的至少两个圆弧轨道、卡置在每个圆弧轨道中的送粉管道、与固定台连接的激光头；其中，所述送粉管道包括以套设的方式滑动连接的内管道和外管道，通过内管道和外管道的相对滑动能够改变送粉管道的出粉口与待焊接位置之间的竖直距离，所述送粉管道能够沿圆弧轨道移动和自转以改变出粉口的出粉角度。可以实现对送粉量、送粉位置和送粉角度的精确控制，解决了目前无法精准调整喷嘴与光束的相对位置，并且加工角度较为单一，工艺窗口较窄的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，更具体地，涉及一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置和填粉方法。
背景技术
激光和激光加工是一门发展迅速的高新技术，已成为发展新兴产业、改造传统制造业的关键技术之一。激光填粉焊接等激光增材制造技术在激光加工领域中发展迅速，日渐兴起，广泛应运于汽车、航空、航海等领域。目前在激光填粉焊接等激光一体化成型技术中，粉料的供给通常采用同步送粉法。同步送粉法是通过专门的送粉系统将供料直接送入激光束中，使供料和成型同步完成。送粉系统被看作同步送粉法中的一个重要环节，送粉喷嘴作为送粉系统中的关键组成部分成为当前的研究热点。如今运用广泛的送粉喷嘴主要分为光内送粉喷嘴、光外同轴送粉喷嘴、光外旁轴送粉喷嘴。其中光外旁轴送粉喷嘴因其操作简单而被广泛应用。然而此装置的缺点在于粉末利用率低、加工方向单一、粉末流聚中性不好、粉末流容易偏离加工方向、成型质量不易得到保障，并且实验前调试时间较长，无法实现精准送料。光外同轴送粉嘴实现了光束与粉末流的同步输出，然而所谓“同轴”只是多路旁轴送粉，其自由度较低、调试繁琐，在加工中倾斜的粉末流会导致加工精度降低。并且多粉末流的汇聚焦点难以稳定，导致熔道厚度发生变化。而近年来兴起的光内同轴送粉喷嘴解决了粉末流聚中性，倾斜送料等问题。但此方法仍然无法精准调整喷嘴与光束的相对位置，并且加工角度较为单一，工艺窗口较窄。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置和填粉方法，其目的在于设置至少两个送粉管道，同时改变送粉管道的出粉口与待焊接位置之间的竖直距离，并改变出粉口的出粉角度，由此解决目前无法精准调整喷嘴与光束的相对位置，并且加工角度较为单一，工艺窗口较窄的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置，包括：固定台、设置于该固定台上的至少两个圆弧轨道、卡置在每个圆弧轨道中的送粉管道、与固定台连接的激光头；其中，所述送粉管道包括以套设的方式滑动连接的内管道和外管道，通过内管道和外管道的相对滑动能够改变送粉管道的出粉口与待焊接位置之间的竖直距离，所述送粉管道能够沿圆弧轨道移动和自转以改变出粉口的出粉角度。
优选地，所述至少两个圆弧轨道设置在同一个圆的弧线上，所述激光头连接于该圆的圆心处。
优选地，在同一个圆的弧线上对称设置两个圆弧轨道，该两个圆弧轨道之间的最小距离为2-2.5cm。
优选地，所述两个圆弧轨道为具有两条平行弧边的贯通凹槽，所述外管道卡置于该凹槽中，所述两条平行弧边所在的圆的直径分别为12-13cm、16-17cm。
优选地，所述内管道的外径与所述外管道的内径相配合，所述内管道的一端与所述外管道一端套设连接，所述内管道的另一端连通球部，在该球部周向均匀连接至少两个出粉管道，所述至少两个出粉管道的管径不同。
优选地，所述出粉管道为3个，该3个出粉管道的管径分别为0.5mm、1mm、2mm。
优选地，所述装置还包括：与送粉管道连接的第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机，以及与所述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机电气连接的控制器；所述第一驱动电机用于驱动所述内管道进入或伸出外管道以实现二者的相对滑动，所述第二驱动电机用于驱动所述送粉管道沿圆弧轨道移动，所述第三驱动电机用于驱动所述球部进行自转。
按照本发明的另一个方面，提供了一种如上文所述的激光填粉装置的填粉方法，所述方法包括下列步骤：
S1，获取待焊接零件的待焊接部位所需工艺参数，所述工艺参数包括每个出粉管道的初始送粉量、第一预设时间后送粉量、初始送粉距离、第二预设时间后送粉距离、初始送粉角度、第三预设时间后送粉角度；
S2，根据所述工艺参数控制器控制每个球部转动，使初始时刻所需管径的出粉管道对准待焊接零件的待焊接部位，控制每个所述送粉管道沿圆弧轨道移动至初始时刻所需送粉角度，同时控制每个内管道进入或伸出其对应的外管道以使出粉口到达初始时刻所需送粉距离，在开启激光头的同时进行送粉；
S3，在经过第一预设时间时，控制器控制每个球部转动，使该时刻所需管径的出粉管道对准待焊接零件的待焊接部位，在经过第二预设时间时，控制器控制每个内管道进入或伸出其对应的外管道以使出粉口到该时刻所需送粉距离，在经过第三预设时间时，控制器控制每个所述送粉管道沿圆弧轨道移动至该时刻所需送粉角度，完成焊接。
优选地，所述第一预设时间、所述第二预设时间和所述第三预设时间相同。
优选地，所述控制器控制其中一个送粉管道的开启进行送粉，关闭其余送粉管道暂停送粉。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明提供的激光填粉装通过内管道和外管道的相对滑动能够改变送粉管道的出粉口与待焊接位置之间的竖直距离，通过送粉管道沿圆弧轨道移动和自转以改变出粉口的出粉角度。实现了灵活调节出粉口与激光光束的位置、喷粉角度。并且，本发明提供的装置中，采用了至少两个卡置在圆弧轨道中的送粉管道，通过多个送粉管道可设置不同的加工角度，可同时控制多个送粉管道的送粉位置、送粉量、送粉角度，以实现精准调控。解决了现有技术中无法精准调整喷嘴与光束的相对位置，并且加工角度较为单一，工艺窗口较窄的问题。
(2)本发明中采用在同一个圆的弧线上对称设置两个圆弧轨道，可以在左右两边同时进行两种不同粉末的输送，实现多种材料的同时合金化。
(3)本发明中球部周向均匀连接至少两个出粉管道，优选地，球部周向均匀连接3个出粉管道，这3个出分粉管道的管径满足了使左右两边对称设置的送粉管道的组合可以满足0.5-4mm范围内每隔0.5mm的递增变化，足以满足所有工况所需的送粉量。
(4)本发明提供的填粉方法，能够实现根据所需送粉量、所需送粉位置、所需送粉角度，实时地对各个驱动电机进行调节，满足复杂工况的实时调节需求。并能够实现送粉量、送粉位置、送粉角度的精度达到99％以上。
附图说明
图1是本发明较佳实施例提供的用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置的结构示意图；
图2是本发明较佳实施例提供的用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置的正视图；
图3是本发明较佳实施例提供的用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置中送粉管道的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-固定台；2-圆弧轨道；3-送粉管道；4-激光头；5-第一驱动电机；6-第二驱动电机；7-第三驱动电机；8-待焊接零件；
301-内管道；302-外管道；303-出粉口；304-球部；305-出粉管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明一个实施例提供了一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置，参见图1，其包括：固定台1、设置于该固定台1上的至少两个圆弧轨道2、卡置在每个圆弧轨道2中的送粉管道3、与固定台1连接的激光头4；其中，所述送粉管道3包括以套设的方式滑动连接的内管道301和外管道302，通过内管道301和外管道302的相对滑动能够改变送粉管道3的出粉口303与待焊接零件8的待焊接位置之间的竖直距离，所述送粉管道3能够沿圆弧轨道2移动和自转以改变出粉口303的出粉角度。实现了灵活调节出粉口与激光光束的位置、喷粉角度。其中，上述的竖直距离是指在竖直方向上的距离，该竖直方向是指内管道301或外管道302的长度方向。
在本实施例一种可行的方式中，所述至少两个圆弧轨道2设置在同一个圆的弧线上，所述激光头4连接于该圆的圆心处。具体地，在同一个圆的弧线上对称设置两个圆弧轨道2，该两个圆弧轨道2之间的最小距离为2-2.5cm。所述两个圆弧轨道2为具有两条平行弧边的贯通凹槽，所述外管道2卡置于该凹槽中，所述两条平行弧边所在的圆的直径分别为12-13cm、16-17cm。
从图1中可以看出，可以将激光头4安装于固定台1上，该固定台1可以例如为边长为20cm的正方形固定台1。
参见图2和图3，所述内管道301的外径与所述外管道302的内径相配合，所述内管道301的一端与所述外管道302一端套设连接，所述内管道301的另一端连通球部304，在该球部304周向均匀连接至少两个出粉管道305，所述至少两个出粉管道305的管径不同。优选地，所述出粉管道305为3个，该3个出粉管道305的管径分别为0.5mm、1mm、2mm。即一个球部304连接3个管径不同的出粉管道305，这3个出分粉管道的管径满足了使左右两边对称设置的送粉管道的组合可以满足0.5-4mm范围内每隔0.5mm的递增变化，足以满足所有工况所需的送粉量。
所述装置还包括：与送粉管道3连接的第一驱动电机5、第二驱动电机6和第三驱动电机7，以及与所述第一驱动电机5、第二驱动电机6和第三驱动电机7电气连接的控制器；所述第一驱动电机5用于驱动所述内管道301进入或伸出外管道302以实现二者的相对滑动，所述第二驱动电机6用于驱动所述送粉管道3沿圆弧轨道2移动，所述第三驱动电机7用于驱动所述球部304进行自转，该第三驱动电机7可以安装于球体内部。
本发明另一个实施例提供了一种上文所述的激光填粉装置的填粉方法，所述方法包括下列步骤：
S1，获取待焊接零件的待焊接部位所需工艺参数，所述工艺参数包括每个出粉管道的初始送粉量、第一预设时间后送粉量、初始送粉距离、第二预设时间后送粉距离、初始送粉角度、第三预设时间后送粉角度。
S2，根据所述工艺参数控制器控制每个球部转动，使初始时刻所需管径的出粉管道对准待焊接零件的待焊接部位，控制每个所述送粉管道沿圆弧轨道移动至初始时刻所需送粉角度，同时控制每个内管道进入或伸出其对应的外管道以使出粉口到达初始时刻所需送粉距离，在开启激光头的同时进行送粉。
S3，在经过第一预设时间时，控制器控制每个球部转动，使该时刻所需管径的出粉管道对准待焊接零件的待焊接部位，在经过第二预设时间时，控制器控制每个内管道进入或伸出其对应的外管道以使出粉口到该时刻所需送粉距离，在经过第三预设时间时，控制器控制每个所述送粉管道沿圆弧轨道移动至该时刻所需送粉角度，完成焊接。
其中，所述第一预设时间、所述第二预设时间和所述第三预设时间相同。此时，控制器在经过第一预设时间时，即可同步调节球部转动、调节送粉距离剂调节送粉角度。该三个时间也可以不同，从而，在达到相应的时间时，控制器独立控制各个待调节部件以达到所需工艺参数。
另外，所述控制器可以控制其中一个送粉管道的开启进行送粉，关闭其余送粉管道暂停送粉。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于激光焊接焊缝增强的激光填粉装置，其特征在于，包括：
固定台（1）、设置于该固定台（1）上的至少两个圆弧轨道（2）、卡置在每个圆弧轨道（2）中的送粉管道（3）、与固定台（1）连接的激光头（4）；
其中，所述送粉管道（3）包括以套设的方式滑动连接的内管道（301）和外管道（302），通过内管道（301）和外管道（302）的相对滑动能够改变送粉管道（3）的出粉口（303）与待焊接位置之间的竖直距离，所述送粉管道（3）能够沿圆弧轨道（2）移动和自转以改变出粉口（303）的出粉角度；所述至少两个圆弧轨道（2）设置在同一个圆的弧线上，所述激光头（4）连接于该圆的圆心处；
所述内管道（301）的外径与所述外管道（302）的内径相配合，所述内管道（301）的一端与所述外管道（302）一端套设连接，所述内管道（301）的另一端连通球部（304），在该球部（304）周向均匀连接至少两个出粉管道（305），所述至少两个出粉管道（305）的管径不同；
所述装置还包括：与送粉管道（3）连接的第一驱动电机（5）、第二驱动电机（6）和第三驱动电机（7），以及与所述第一驱动电机（5）、第二驱动电机（6）和第三驱动电机（7）电气连接的控制器；
所述第一驱动电机（5）用于驱动所述内管道（301）进入或伸出外管道（302）以实现二者的相对滑动，所述第二驱动电机（6）用于驱动所述送粉管道（3）沿圆弧轨道（2）移动，所述第三驱动电机（7）用于驱动所述球部（304）进行自转。
2.如权利要求1所述的激光填粉装置，其特征在于，在同一个圆的弧线上对称设置两个圆弧轨道（2），该两个圆弧轨道（2）之间的最小距离为2-2.5cm。
3.如权利要求2所述的激光填粉装置，其特征在于，所述两个圆弧轨道（2）为具有两条平行弧边的贯通凹槽，所述外管道（302）卡置于该凹槽中，所述两条平行弧边所在的圆的直径分别为12-13cm、16-17cm。
4.如权利要求1所述的激光填粉装置，其特征在于，所述出粉管道（305）为3个，该3个出粉管道（305）的管径分别为0.5mm、1mm、2mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的激光填粉装置的填粉方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
S1，获取待焊接零件的待焊接部位所需工艺参数，所述工艺参数包括每个出粉管道的初始送粉量、第一预设时间后送粉量、初始送粉距离、第二预设时间后送粉距离、初始送粉角度、第三预设时间后送粉角度；
S2，根据所述工艺参数控制器控制每个球部转动，使初始时刻所需管径的出粉管道对准待焊接零件的待焊接部位，控制每个所述送粉管道沿圆弧轨道移动至初始时刻所需送粉角度，同时控制每个内管道进入或伸出其对应的外管道以使出粉口到达初始时刻所需送粉距离，在开启激光头的同时进行送粉；
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6.根据权利要求5所述的填粉方法，其特征在于，所述第一预设时间、所述第二预设时间和所述第三预设时间相同。
7.根据权利要求5所述的填粉方法，其特征在于，所述控制器控制其中一个送粉管道的开启进行送粉，关闭其余送粉管道暂停送粉。
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