CN114160981A - 一种薄板带的激光对接焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄板带的激光对接焊接装置，包括带钢宽度对中装置、焊接头导向系统，带钢宽度对中装置包括粗对中装置和精对中装置，焊接头导向系统包括焊接头液压缸、焊接头导向轮、焊接支撑轮和激光焊接头，焊接头液压缸用于带动焊接头导向轮和激光焊接头上下运动，焊接支撑轮位于带钢下方且固定设置。本发明还提供一种薄板带的激光对接焊接方法。

Description

一种薄板带的激光对接焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及带钢焊接领域，尤其涉及一种薄板带的激光对接焊接装置及方法。

背景技术

激光焊机作为连续生产线的主要设备之一，承担着迅速连接带头和带尾、实现带钢无头轧制的作用，对确保连续生产线稳定运行极为重要。

传统激光焊机可焊接带厚0.8mm～6.5mm的带钢，广泛应用于酸洗线、连轧线及酸洗连轧线等。近年，由于激光焊机焊接钢种的范围广、焊缝质量好、焊缝处没有超厚、焊接时不产生噪音和粉尘污染的独特优势，传统使用搭接焊机的检查线、退火线、涂镀线等对激光焊机的需求越来越强烈。该类处理线主要用于生产0.2mm～2.0mm厚度的带钢。

传统激光焊机焊接0.2mm～0.8mm的薄带时，存在以下问题：

1、由于带钢很薄，传统带钢宽度方向对中装置夹紧薄带时容易将带钢边部夹溃；

2、焊接头导向装置自重容易导致带钢厚度方向受力不均，造成错边；

3、带钢越薄对焊接工艺参数越敏感。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种薄板带的激光对接焊接装置及方法，本发明至少解决了现有技术中的部分问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种薄板带的激光对接焊接装置，包括带钢宽度对中装置、焊接头导向系统，带钢宽度对中装置包括粗对中装置和精对中装置，焊接头导向系统包括焊接头液压缸、焊接头导向轮、焊接支撑轮和激光焊接头，焊接头液压缸用于带动焊接头导向轮和激光焊接头上下运动，焊接支撑轮位于带钢下方且固定设置。

进一步地，所述粗对中装置包括对中液压缸、卡板及接近开关，所述卡板有两块，沿带钢宽度方向，分别设于带钢的一侧，对中液压缸用于驱动卡板向带钢靠近，当有一侧卡板接触到带钢时摆动，使接近开关输出信号，对中液压缸速度由高速变为低速，当两侧卡板同时接触带钢时，对中液压缸停止运动，粗对中完成。

进一步地，所述精对中装置包括设于带钢上方的上旋转压头、用于驱动上旋转压头的上压下液压缸、设于带钢下方的下旋转压头、用于驱动下旋转压头的摆动液压缸以及检测系统，下旋转压头正对上旋转压头，所述检测系统包括信号光源以及用于检测带钢位置的CCD图像传感器，信号光源安装于焊机焊接小车双切剪两侧基座上。

进一步地，所述焊接头导向系统还包括用于控制焊接头液压缸的焊接头导向液压控制系统，焊接头导向液压控制系统包括减压阀、换向阀、单向阀和溢流阀，焊接头液压缸下降时，溢流阀的背压可抵消焊接头导向轮及激光焊接头的重量。

本发明提供一种薄板带的激光对接焊接方法，包括如下步骤：

S1、带尾运行到焊机区域，出口夹送辊传动，使带尾自动定位在剪切区域；焊机出口活套辊升起，带钢形成活套；出口对中装置自动对中带尾，出口夹紧拼缝装置压紧带钢；

S2、带头进入焊机区域，入口夹送辊传动，使帯头自动定位在剪切区域，焊机入口活套辊升起，形成活套；入口对中装置自动对中带头，入口夹紧拼缝装置压紧带钢；

S3、焊接小车开至剪切工位，双切剪同时剪切带头带尾；

S4、带钢采用薄板激光电弧复合焊接工艺，根据带钢厚度不同设定不同的参数，根据预设定薄板激光电弧复合焊接工艺参数完成拼缝焊接；

S5、入口夹紧拼缝装置和出口夹紧拼缝装置打开并退回初始位置；

S6、出口夹送辊传动，焊缝自动停至月牙剪，剪切两边焊缝尖角；

S7、入口升降托辊和出口升降托辊抬起带钢，带钢向前运行。

进一步地，在步骤S4中，薄板激光电弧复合焊接工艺的参数包括激光功率P、焊接速度V、送丝速度r、离焦量Δf、焊接头压力F、拼缝间隙δ。

进一步地，在步骤S4中，根据预设定薄板激光电弧复合焊接工艺参数执行以下过程：

A、根据预设定拼缝间隙δ，入口夹紧拼缝装置和出口夹紧拼缝装置带动带头带尾移动至焊接位置，带头带尾形成拼缝；

B、根据预设定值焊接头以设定焊接头压力F压下；

C、焊接小车向传动侧运动，带动激光焊接头沿拼缝移动完成焊接，激光功率P、焊接速度V、送丝速度r、离焦量Δf按预设定要求。

进一步地，带钢厚度为0.6mm时，采用离焦量Δf＝20mm，激光功率P＝3kW，焊接速度V＝8m/min，拼缝间隙δ＝0mm，焊接头压力F＝3Mpa，送丝速度r＝5m/min。

进一步地，对中过程包括先启动自动对中，延时一段时间后判断对中是否正常，即沿带钢宽度方向两侧的接近开关是否均检测到带钢，若正常，由检测系统、PLC控制器读取位置数据，并计算对中调节量，对中调节量未超出范围时，开始精对中，通过检测系统判断对中效果，达到效果后结束对中。

进一步地，在自动对中过程中，执行粗对中操作，当一侧接近开关检测到带钢时，开始减速运行，两侧均检测到带钢时，对中结束；

在精对中过程中，信号光源为CCD图像传感器提供光源，CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟量电流信号，电流信号经过放大和模数转换，执行机构包括上旋转压头、上压下液压缸、下旋转压头、摆动液压缸，摆动液压缸由比例阀控制，PLC控制器根据位置检测信息进行运算，输出电流信号至比例阀，比例阀控制摆动液压缸摆动相应的角度纠正带钢位置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了新型带钢宽度对中装置用于带钢宽度方向对中。本发明提供的新型焊接头导向液压控制系统消除了焊接头导向自重对带钢厚度方向的影响。本还发明提供了大光斑激光电弧复合焊接工艺，解决了薄带钢对焊接工艺参数敏感的问题。

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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。

图1为现有技术激光焊机的结构示意图；

图2为图1中焊接小车侧视图；

图3为本发明实施例提供的带钢宽度对中装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的图3中粗对中装置示意图；

图5为本发明实施例提供的图4中左边局部放大图；

图6为本发明实施例提供的图4中中部局部放大图；

图7为本发明实施例提供的图4中右边局部放大图；

图8为本发明实施例提供的图3中精对中装置示意图；

图9为本发明实施例提供的图8中的局部放大图；

图10为本发明实施例提供的焊接头导向机构示意图；

图11为本发明实施例提供的焊接头导向液压控制系统示意图；

图12为本发明实施例提供的对中流程图。

图1-图2中标号：1、入口活套辊；2、入口对中装置；3、入口夹送辊；4、入口升降托辊；5、入口夹紧拼缝装置；6、焊接小车；7、出口夹紧拼缝装置；8、出口升降托辊；9、月牙剪；10、出口夹送辊；11、出口对中装置；12、出口活套辊；13、双切剪；14、激光焊接头；15、焊缝热处理装置。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图12，本发明实施例一提供一种薄板带的激光对接焊接装置，包括带钢宽度对中装置、焊接头导向系统，带钢宽度对中装置包括粗对中装置18和精对中装置19，焊接头导向系统包括焊接头液压缸30、焊接头导向轮31、焊接支撑轮32和激光焊接头14，焊接头液压缸30用于带动焊接头导向轮31和激光焊接头14上下运动，焊接支撑轮32位于带钢26下方且固定设置。

所述粗对中装置18包括对中液压缸27、卡板28及接近开关29，所述卡板28有两块，沿带钢26宽度方向，分别设于带钢26的一侧，对中液压缸27用于驱动卡板28向带钢26靠近，当有一侧卡板28接触到带钢26时摆动，使接近开关29输出信号，对中液压缸27速度由高速变为低速，当两侧卡板27同时接触带钢26时，对中液压缸27停止运动，粗对中完成。

所述精对中装置19包括设于带钢26上方的上旋转压头20、用于驱动上旋转压头20的上压下液压缸22、设于带钢26下方的下旋转压头21、用于驱动下旋转压头21的摆动液压缸23以及检测系统，下旋转压头21正对上旋转压头20，所述检测系统包括信号光源24和CCD图像传感器25，信号光源24安装于焊机焊接小车双切剪13两侧基座上。信号光源24有4套，信号光源24采用LED红光灯，用于为CCD图像传感器提供光源，CCD图像传感器25与PLC控制器电连接，此为现有技术，在此不再赘述。

如图11，所述焊接头导向系统还包括用于控制焊接头液压缸30的焊接头导向液压控制系统，焊接头导向液压控制系统包括减压阀33、换向阀34、单向阀35和溢流阀36，焊接头液压缸30下降时，溢流阀36的背压可抵消焊接头导向轮31及激光焊接头14的重量。

对中过程包括先启动自动对中，延时一段时间后判断对中是否正常，即沿带钢宽度方向两侧的接近开关是否均检测到带钢，若正常，由检测系统、PLC控制器读取位置数据，并计算对中调节量，对中调节量未超出范围时，开始精对中，通过检测系统判断对中效果，达到效果后结束对中。

在自动对中过程中，执行粗对中操作，当一侧接近开关29检测到带钢时，开始减速运行，两侧均检测到带钢26时，对中结束。接近开关29向PLC控制器发送信号，PLC控制器通过比例阀控制对中液压缸27动作。

在精对中过程中，信号光源24为CCD图像传感器25提供光源，CCD图像传感器25可直接将光学信号转换为模拟量电流信号，电流信号经过放大和模数转换，执行机构包括上旋转压头20、上压下液压缸22、下旋转压头21、摆动液压缸23，摆动液压缸23由比例阀控制，PLC控制器根据位置检测信息进行运算，输出电流信号至比例阀，比例阀控制摆动液压缸23摆动相应的角度纠正带钢位置。

1、新型带钢宽度对中装置

新型对中装置如图3所示，带钢带头16对中由带头侧的粗对中装置18、精对中装置19完成，带钢带尾17对中由带尾侧的粗对中装置18、精对中装置19完成。

带钢26的粗对中装置18，包括对中液压缸27、卡板28及接近开关29。对中液压缸27带动两侧卡板28向中间高速运动，当有一侧卡板28接触到带钢26时摆动，使接近开关29输出信号，对中液压缸27速度由高速变为低速，当两侧卡板27同时接触带钢26时，对中液压缸27停止运动，粗对中完成。

带钢26的精对中装置1，主要硬件构成有：信号光源24、用于对中的CCD图像传感器25、上压下液压缸22、摆动液压缸23、上旋转压头20及下旋转压头21等。其中，CCD图像传感器25及LED红光灯构成检测系统，上压下液压缸22、摆动液压缸23、上旋转压头20及下旋转压头21组成执行机构。

2、焊接头导向液压控制系统

焊接头导向机构安装在焊接小车6上，如图10所示，主要由焊接头液压缸30、焊接头导向轮31、焊接支撑轮32和激光焊接头14组成，带钢26位于焊接头导向轮31和焊接支撑轮32之间。焊接支撑轮32固定，焊接头液压缸30带动焊接头导向轮31和激光焊接头14上下运动。焊接头导向液压控制系统如图11所示，由减压阀33、换向阀34、单向阀35和溢流阀36组成，图11中还示有进油管37和回油管38，焊接头液压缸30下降时，溢流阀36的背压可抵消焊接头导向轮31及激光焊接头14的重量，焊接薄带时，焊接头导向轮31以小压力压到带钢26上，避免产出错边。

3、薄板激光焊接工艺

薄板激光电弧复合焊接工艺参数主要包括激光功率P、焊接速度V、送丝速度r、离焦量Δf、焊接头压力F、拼缝间隙δ等，根据带钢厚度不同设定不同的参数，本发明采用Δf＝20mm的大离焦量焊接工艺。以0.6mm碳钢为例，激光功率P＝3kW，焊接速度V＝8m/min，拼缝间隙δ＝0mm，焊接头压力F＝3Mpa，送丝速度r＝5m/min。

本发明实施例二提供一种薄板带的激光对接焊接方法，激光焊机焊接过程如下：

(1)带尾17运行到焊机区域，出口夹送辊10传动，使带尾17自动定位在剪切区域；焊机出口活套辊12升起，带钢形成活套；出口对中装置11自动对中带尾(对中过程见流程图12)，出口夹紧拼缝装置7压紧带钢26。

(2)带头16进入焊机区域，入口夹送辊3传动，使帯头16自动定位在剪切区域，焊机入口活套辊1升起，形成活套；入口对中装置2自动对中带头(对中过程见流程图12)，入口夹紧拼缝装置5压紧带钢26。

(3)焊接小车6开至操作侧极限位，双切剪13同时剪切带头带尾。

(4)根据预设定薄板激光电弧复合焊接工艺参数执行以下过程：

A、根据预设定拼缝间隙δ＝0mm，入口夹紧拼缝装置5和出口夹紧拼缝装置7带动带头带尾移动至焊接位置，带头带尾形成拼缝。

B、根据预设定值焊接头以设定焊接头压力F＝3Mpa压下；

C、焊接小车6向传动侧运动，带动激光焊接头14(激光复合焊接头)沿拼缝移动完成焊接。激光功率P＝3kW、焊接速度V＝8m/min、送丝速度r＝5m/min、离焦量Δf＝20mm。

(5)入口夹紧拼缝装置5和出口夹紧拼缝装置7打开并退回初始位置。

(6)出口夹送辊10传动，焊缝自动停至月牙剪9，剪切两边焊缝尖角。

(7)入口升降托辊4和出口升降托辊8抬起带钢，带钢26向前运行。

对中流程如下：

激光焊机粗对中系统主要由接近开关29检测带钢26位置，带钢26完成定位后，PLC向粗对中发出对中指令，粗对中系统开始动作，当一侧接近开关29检测到带钢时，开始减速运行，两侧均检测到带钢26时，对中结束，主要硬件组成有对中液压缸27、比例阀及用于检测的接近开关。

精对中控制系统由检测系统、执行机构、控制算法软件三部分组成，控制算法流程图如图12。信号光源24主要作用是为CCD图像传感器25提供光源。在焊机对中控制系统中，共有4套信号光源24，安装于焊机焊接小车双切剪13两侧基座上；CCD图像传感器25可直接将光学信号转换为模拟量电流信号，电流信号经过放大和模数转换，执行机构主要由摆动液压缸、压头等构成，液压缸由比例阀控制。PLC根据位置检测信息进行运算，输出电流信号至比例阀，比例阀控制摆动液压缸摆动相应的角度纠正带钢。流程图如图12所示。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄板带的激光对接焊接装置，其特征在于：包括带钢宽度对中装置、焊接头导向系统，带钢宽度对中装置包括粗对中装置和精对中装置，焊接头导向系统包括焊接头液压缸、焊接头导向轮、焊接支撑轮和激光焊接头，焊接头液压缸用于带动焊接头导向轮和激光焊接头上下运动，焊接支撑轮位于带钢下方且固定设置。

2.如权利要求1所述的薄板带的激光对接焊接装置，其特征在于：所述粗对中装置包括对中液压缸、卡板及接近开关，所述卡板有两块，沿带钢宽度方向，分别设于带钢的一侧，对中液压缸用于驱动卡板向带钢靠近，当有一侧卡板接触到带钢时摆动，使接近开关输出信号，对中液压缸速度由高速变为低速，当两侧卡板同时接触带钢时，对中液压缸停止运动，粗对中完成。

3.如权利要求1所述的薄板带的激光对接焊接装置，其特征在于：所述精对中装置包括设于带钢上方的上旋转压头、用于驱动上旋转压头的上压下液压缸、设于带钢下方的下旋转压头、用于驱动下旋转压头的摆动液压缸以及检测系统，下旋转压头正对上旋转压头，所述检测系统包括信号光源以及用于检测带钢位置的CCD图像传感器，信号光源安装于焊机焊接小车双切剪两侧基座上。

4.如权利要求1所述的薄板带的激光对接焊接装置，其特征在于：所述焊接头导向系统还包括用于控制焊接头液压缸的焊接头导向液压控制系统，焊接头导向液压控制系统包括减压阀、换向阀、单向阀和溢流阀，焊接头液压缸下降时，溢流阀的背压可抵消焊接头导向轮及激光焊接头的重量。

5.一种薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、带尾运行到焊机区域，出口夹送辊传动，使带尾自动定位在剪切区域；焊机出口活套辊升起，带钢形成活套；出口对中装置自动对中带尾，出口夹紧拼缝装置压紧带钢；

S2、带头进入焊机区域，入口夹送辊传动，使帯头自动定位在剪切区域，焊机入口活套辊升起，形成活套；入口对中装置自动对中带头，入口夹紧拼缝装置压紧带钢；

S3、焊接小车开至剪切工位，双切剪同时剪切带头带尾；

S4、带钢采用薄板激光电弧复合焊接工艺，根据带钢厚度不同设定不同的参数，根据预设定薄板激光电弧复合焊接工艺参数完成拼缝焊接；

S5、入口夹紧拼缝装置和出口夹紧拼缝装置打开并退回初始位置；

S6、出口夹送辊传动，焊缝自动停至月牙剪，剪切两边焊缝尖角；

S7、入口升降托辊和出口升降托辊抬起带钢，带钢向前运行。

6.如权利要求5所述的薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于：在步骤S4中，薄板激光电弧复合焊接工艺的参数包括激光功率P、焊接速度V、送丝速度r、离焦量Δf、焊接头压力F、拼缝间隙δ。

7.如权利要求6所述的薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于：

在步骤S4中，根据预设定薄板激光电弧复合焊接工艺参数执行以下过程：

A、根据预设定拼缝间隙δ，入口夹紧拼缝装置和出口夹紧拼缝装置带动带头带尾移动至焊接位置，带头带尾形成拼缝；

B、根据预设定值焊接头以设定焊接头压力F压下；

C、焊接小车向传动侧运动，带动激光焊接头沿拼缝移动完成焊接，激光功率P、焊接速度V、送丝速度r、离焦量Δf按预设定要求。

8.如权利要求6所述的薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于：带钢厚度为0.6mm时，采用离焦量Δf＝20mm，激光功率P＝3kW，焊接速度V＝8m/min，拼缝间隙δ＝0mm，焊接头压力F＝3Mpa，送丝速度r＝5m/min。

9.如权利要求5所述的薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于：对中过程包括先启动自动对中，延时一段时间后判断对中是否正常，即沿带钢宽度方向两侧的接近开关是否均检测到带钢，若正常，由检测系统、PLC控制器读取位置数据，并计算对中调节量，对中调节量未超出范围时，开始精对中，通过检测系统判断对中效果，达到效果后结束对中。

10.如权利要求9所述的薄板带的激光对接焊接方法，其特征在于：在自动对中过程中，执行粗对中操作，当一侧接近开关检测到带钢时，开始减速运行，两侧均检测到带钢时，对中结束；

在精对中过程中，信号光源为CCD图像传感器提供光源，CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟量电流信号，电流信号经过放大和模数转换，执行机构包括上旋转压头、上压下液压缸、下旋转压头、摆动液压缸，摆动液压缸由比例阀控制，PLC控制器根据位置检测信息进行运算，输出电流信号至比例阀，比例阀控制摆动液压缸摆动相应的角度纠正带钢位置。

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