CN113996932B - 一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，包括工作台、激光焊接装置、电弧焊装置以及旋转摩擦装置。通过设置激光焊接装置与电弧焊装置且位置相对固定设置，对待焊部件进行复合焊接，焊接过程稳定，焊缝质量好；通过在与焊接方向相反方向的一侧设置有旋转摩擦装置，其中压头沿焊接方向前进过程中，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补焊缝存在的咬边缺陷，即有效改善焊接过程中焊缝缺陷，减少焊接后打磨或修补工序，减少废品率；同时拓宽了激光‑电弧复合焊接工艺窗口，提高了焊接质量。本发明中还提供了一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接方法，得到的焊缝质量更好。

Description

一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统及焊接方法。

背景技术

焊缝余高是评判焊缝质量的重要因素之一，焊缝余高过大不仅会造成焊趾处的应力集中，从而诱发焊趾处裂纹的产生，还会增加焊缝腐蚀的风险。在焊接过程中激光功率、保护气流量、送丝速度等焊接参数的波动易导致焊缝填不满，产生咬边缺陷，咬边缺陷会减少母材的有效截面积，引起应力集中导致接头强度下降。国内外标准均规定凡需疲劳分析设计的容器均应将余高去除，使焊缝表面与母材表面保持齐平一致；对无需疲劳分析设计的容器，国内外绝大多数标准均允许一定量的余高存在，但焊后必须对焊缝余高及咬边缺陷进行检测，对焊缝余高过高以及咬边缺陷处进行打磨及修补，增加操作工序，工作效率低，并且对于无法修复的零部件则进行报废处理，造成大量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统及焊接方法，以解决上述背景技术中存在的现有技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，包括工作台、激光焊接装置、电弧焊装置以及旋转摩擦装置，所述工作台用于固定待焊部件且待焊部件之间预留有焊缝，所述激光焊接装、电弧焊装置以及旋转摩擦装置沿与焊接方向相反的方向依次设置在待焊部件的顶端面上，所述旋转摩擦装置包括驱动机构以及压头，所述驱动机构带动压头转动，所述压头一端固定设置在驱动机构的输出端，另一端抵接在焊缝顶端。

在上述技术方案基础上，所述激光焊接装置与电弧焊装置的位置相对固定设置且同步移动。

在上述技术方案基础上，所述激光焊接装置中激光倾角设置为0°～15°；电弧焊装置中焊炬与工作台夹角设置为40°～65°，光丝间距设置为2mm～4mm。

在上述技术方案基础上，所述压头底端面设置为平面、圆弧凸面或圆弧凹面。

在上述技术方案基础上，所述压头的外侧壁上开设有多个散热凹槽。

另一方面，本发明还提供了一种使用上述消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

步骤一，将至少两个待焊部件固定安装在工作台上，调节待焊部件之间焊接间隙的大小，定义焊接方向；

步骤二，在待焊部件顶端沿与焊接方向相反的方向依次设置激光焊接装置以及电弧焊装置，并调整两者之间的位置以及焊接参数，以满足焊接工艺要求为准；

步骤三：在待焊部件顶端沿与焊接方向相反的方向，将旋转摩擦装置设置在电弧焊装置的一侧，调整旋转摩擦装置的位置，使其压头抵接在焊缝的顶端并在焊接过程中对压头保持一定的压力；

步骤四，启动激光焊接装置、电弧焊装置以及旋转摩擦装置，开始焊接形成初始焊缝，在沿焊接方向前进过程中，旋转摩擦装置中压头由驱动机构驱动转动，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补存在的咬边缺陷，最终生成无余高以及咬边缺陷的平滑焊缝结构。

在上述技术方案基础上，所述步骤三中根据待焊部件的板材厚度选择不同形状的压头。

本发明提供的技术方案产生的有益效果在于：

1、本发明中提供了一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，通过设置激光焊接装置与电弧焊装置且位置相对固定设置，对待焊部件进行复合焊接，焊接过程稳定，焊缝质量好；通过在与焊接方向相反方向的一侧设置有旋转摩擦装置，其中压头沿焊接方向前进过程中，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补焊缝存在的咬边缺陷，即有效改善焊接过程中焊缝缺陷，减少焊接后打磨或修补工序，工作效率高，并且减少废品率，避免浪费；同时拓宽了激光-电弧复合焊接工艺窗口，提高了焊接质量。此外本发明中还提供了一种消除焊缝缺陷的激光-电弧复合焊接的焊接方法，得到的焊缝质量更好。

2、通过将旋转摩擦装置中的压头底端面设置为平面、圆弧凸面以及圆弧凹面等多种形状，适用于不同厚度的板材之间的焊接需求，适用性更强；另外在压头的外侧壁上开设有多个散热凹槽，可以对压头工作过程中及时散热，防止压头温度过高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中激光焊接装置与电弧焊装置倾斜角度示意图；

图3是本发明中压头的立体结构示意图，其中图3a是平面压头，图3b是圆弧凸面压头，图3c是圆弧凹面压头；

图4是本发明中压头的剖面视图，其中图4a是平面压头，图4b是圆弧凸面压头，图4c是圆弧凹面压头；

图5是本发明中旋转摩擦装置与控制机构的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系均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。

如图1至图5所示，一方面，本发明提供了一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，包括工作台、激光焊接装置1、电弧焊装置2以及旋转摩擦装置3，所述工作台用于固定待焊部件4且待焊部件4之间预留有焊缝5，所述激光焊接装1、电弧焊装置2以及旋转摩擦装置3沿与焊接方向相反的方向依次设置在待焊部件4的顶端面上，所述旋转摩擦装置3包括驱动机构31以及压头32，所述驱动机构31带动压头32转动，所述压头32一端固定设置在驱动机构31的输出端，另一端抵接在焊缝5顶端。其中旋转摩擦装置3中的驱动机构32可选用驱动电机，可以驱动压头31进行转动即可；更优选的，驱动机构32的输出端与压头31之间固定设置有夹头34，方便对压头31的夹持与固定。

需要说明的是，焊接方向是根据激光焊接装置1与电弧焊装置2焊接前进的方向进行定义的，是为了方便技术方案的描述和理解，并不构成对本申请技术方案的限制。所述激光焊接装置1以及电弧焊装置2可直接从现有技术中获得，并不局限于某种特殊的焊接装置。更优选的，本申请中激光焊接装置1选用光纤激光器，最大功率设置为10Kw，激光倾角设置为0°～15°，电弧焊焊炬与工作台夹角设置为40°～60°，光丝间距2mm～4mm。

在上述技术方案基础上，所述激光焊接装置1与电弧焊装置2的位置相对固定设置且同步移动。在激光-电弧复合焊接过程中增加焊接稳定性，改善焊缝质量。在上述技术方案基础上，如图2所示，所述激光焊接装置1中激光倾角设置为0°～15°；电弧焊装置2中焊炬与工作台夹角设置为40°～65°，光丝间距设置为2mm～4mm，其中光丝间距是指在激光焊与电弧焊的复合焊接方式中，以激光光斑中心到焊丝端头与工件表面接触点的距离。

在上述技术方案基础上，所述压头32底端面设置为平面、圆弧凸面或圆弧凹面。在上述技术方案基础上，所述压头32的外侧壁上开设有多个散热凹槽33。通过将旋转摩擦装置3中的压头32底端面设置为平面、圆弧凸面以及圆弧凹面等多种形状，适用于不同厚度的待焊部件4之间的焊接需求，适用性更强；另外在压头32的外侧壁上开设有多个散热凹槽33，可以对压头32工作过程中及时散热，防止压头32温度过高影响其正常工作。

具体的，如图3a所示，压头32底端面设置为平面即平面压头，适用于常规厚度板材，通常厚度为2mm-8mm；如图3b所示，压头32底端面设置为圆弧凸面即圆弧凸面压头，适用于薄板材，通常厚度为＜2mm，同时压头32底端两侧设置为弧形，可以通过调整弧形的直径调整压头与焊缝表面的接触面积，工作面较小，因此主要应用于薄板材的焊接；如图3c和图4所示，压头底端面设置为圆弧凹面即圆弧凹面压头，适用于厚板材，通常厚度为＞8mm，压头底端内凹形成一个空腔，用于当焊缝余高较大时储存多余的半融化状态的焊缝金属，因此适用于厚板材的焊接。

具体的，所述旋转摩擦装置3上也连接有控制机构；所述控制机构可对旋转摩擦装置3进行位置调整并施加预设的压力，具体的，如图5所示，所述控制机构包括升降机构35以及龙门行走机构36，在上述驱动机构31的顶端设置有升降机构35，所述升降机构35滑动连接在龙门行走机构36上，所述升降机构35可以带动旋转摩擦装置3在X轴与Z轴方向上的位置移动，龙门行走机构36可以带动其在Y轴方向上移动，既可以调整旋转摩擦装置3的位置，在焊接过程中根据实际需求对压头32施加一定的压力，还可以控制旋转摩擦装置3沿焊接方向上的移动。

同时可以理解的是，所述激光焊接装置1以及电弧焊装置2上均设置有控制装置，方便对其位置进行调整以及控制在焊接时两者位置沿焊接方向的移动，可以使用上述龙门行走机构或可从现有技术中获得其他可以控制其移动的机构，此处不再赘述。

本发明中提供了一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，通过设置激光焊接装置1与电弧焊装置2且位置相对固定设置，对待焊部件4进行复合焊接，焊接过程稳定，焊缝质量好；通过在与焊接方向相反方向的一侧设置有旋转摩擦装置3，其中压头32沿焊接方向前进过程中，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补焊缝存在的咬边缺陷，即有效改善焊接过程中焊缝缺陷，减少焊接后打磨或修补工序，工作效率高，并且减少废品率，避免浪费；同时拓宽了激光-电弧复合焊接工艺窗口，提高了焊接质量。

另一方面，本发明还提供了一种使用上述消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

步骤一，将至少两个待焊部件4固定安装在工作台上，调节待焊部件4之间焊接间隙的大小，定义焊接方向；具体的，所述焊接间隙设置为0.3mm～2mm，具体可根据实际加工的板材的材料和厚度进行选定。

步骤二，在待焊部件4顶端沿与焊接方向相反的方向依次设置激光焊接装置1以及电弧焊装置2，并调整两者之间的位置以及焊接参数，以满足焊接工艺要求为准；更优选的，所述激光焊接装置1采用光纤激光器，最大功率为10Kw，激光倾角设置为0°～15°，电弧焊焊炬与工作台夹角设置为40°～65°，光丝间距设置为2mm～4mm。

步骤三：在待焊部件4顶端沿与焊接方向相反的方向，将旋转摩擦装置3设置在电弧焊装置2的一侧，调整旋转摩擦装置3的位置，使其压头32抵接在焊缝5的顶端并在焊接过程中对压头保持一定的压力；更优选的，使用上述控制机构对压头32的位置进行调整以及对压头施加一定的压力，并且在焊接时旋转摩擦装置3移动过程中，对压头32保持压力状态；具体的，所述压力值范围设置为0N～5KN。

步骤四，启动激光焊接装置1、电弧焊装置2以及旋转摩擦装置3，开始焊接形成初始焊缝，在沿焊接方向前进过程中，旋转摩擦装置3中压头32由驱动机构31驱动转动，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补存在的咬边缺陷，最终生成无余高以及咬边缺陷的平滑焊缝结构。

在上述技术方案基础上，所述步骤三中根据待焊部件4的板材厚度选择不同形状的压头32。具体的，如图3a所示，压头底端面设置为平面即平面压头321，适用于常规厚度板材，通常厚度为2mm-8mm的待焊部件4的对接焊缝；如图3b所示，压头32底端面设置为圆弧凸面即圆弧凸面压头322，适用于薄板材，通常厚度为＜2mm的待焊部件4的对接焊缝，同时底端两侧设置为弧形，如图3b和图4b所示，可根据实际需求调整压头32底端两侧圆弧的半径值，进而调整压头32与焊缝5的接触面积，提高焊缝5焊接质量，获得满足要求的焊缝；如图3c和图4c所示，压头32底端面设置为圆弧凹面即圆弧凹面压头323，适用于厚板材，通常厚度为＞8mm的的待焊部件4的对接焊缝，当焊缝余高较大时，过多的处于半融化状态的软化焊缝金属被封存在压头32底端面形成的圆弧凹面的凹槽内，进行重新整形，以保证焊缝满足使用要求。

因此，本发明中提供的一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接方法，根据实际焊接需求对压头32进行更换，适用范围广，得到的焊缝质量满足实际使用需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，其特征在于，包括工作台、激光焊接装置(1)、电弧焊装置(2)以及旋转摩擦装置(3)，所述工作台用于固定待焊部件(4)且待焊部件(4)之间预留有焊缝(5)，所述激光焊接装(1)、电弧焊装置(2)以及旋转摩擦装置(3)沿与焊接方向相反的方向依次设置在待焊部件(4)的顶端面上，所述旋转摩擦装置(3)包括驱动机构(31)以及压头(32)，所述驱动机构(31)带动压头(32)转动，所述压头(32)一端固定设置在驱动机构(31)的输出端，另一端抵接在焊缝(5)顶端，所述压头(32)底端面设置为平面、圆弧凸面或圆弧凹面，适用于不同厚度的待焊部件(4)的焊接；压头(32)沿焊接方向前进过程中，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补焊缝存在的咬边缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，其特征在于，所述激光焊接装置(1)与电弧焊装置(2)的位置相对固定设置且同步移动。

3.根据权利要求2所述的一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，其特征在于，所述激光焊接装置(1)中激光倾角设置为0°～15°；电弧焊装置(2)中焊炬与工作台夹角设置为40°～65°，光丝间距设置为2mm～4mm。

4.根据权利要求1所述的一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统，其特征在于，所述压头(32)的外侧壁上开设有多个散热凹槽(33)。

5.一种使用权利要求1至4任一项所述的消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接系统的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将至少两个待焊部件(4)固定安装在工作台上，调节待焊部件(4)之间焊接间隙的大小，定义焊接方向；

步骤二，在待焊部件(4)顶端沿与焊接方向相反的方向依次设置激光焊接装置(1)以及电弧焊装置(2)，并调整两者之间的位置以及焊接参数，以满足焊接工艺要求为准；

步骤三：在待焊部件(4)顶端沿与焊接方向相反的方向，将旋转摩擦装置(3)设置在电弧焊装置(2)的一侧，调整旋转摩擦装置(3)的位置，使其压头(32)抵接在焊缝(5)的顶端并在焊接过程中对压头保持一定的压力；

步骤四，启动激光焊接装置(1)、电弧焊装置(2)以及旋转摩擦装置(3)，开始焊接形成初始焊缝，在沿焊接方向前进过程中，旋转摩擦装置(3)中压头(32)由驱动机构(31)驱动转动，在焊接余热以及摩擦热的作用下，消除焊缝余高，软化的焊缝金属填补存在的咬边缺陷，最终生成无余高以及咬边缺陷的平滑焊缝结构。

6.根据权利要求5所述的一种消除焊缝余高及咬边缺陷的焊接方法，其特征在于，所述步骤三中根据待焊部件(4)的板材厚度选择不同形状的压头(32)。

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