CN115401331A - 一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法 - Google Patents

一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法，其包括有固定机构、移动机构和激光焊缝跟踪系统，固定机构用于固定板材，移动机构与固定机构滑移连接，激光焊缝跟踪系统与移动机构连接，移动机构用于带动激光焊缝跟踪系统沿横向和纵向移动。综上所述，上述技术方案具有以下有益效果：1、首先通过固定机构对板材进行整体的固定，可以防止板材在焊接时发生移动；2、其次通过低功率激光自熔焊对两个板材进行预焊接，将焊缝部分熔化，该部分熔化的材料凝固后起到防止角焊缝板材变形的作用，避免焊缝前面焊接，后部间隙变大无法焊接的问题，最后通过激光电弧复合焊完成焊接。

Description

一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，更具体地说，它涉及一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法。
背景技术
激光焊接对角焊缝的焊前间隙要求比较高，在对长直角焊缝进行焊接时，往往会造成刚焊接完成1/3的角焊缝，位于后面的角焊缝由于变形导致间隙增大，激光焊接无法进行。因此，对于长直角焊缝的激光焊和激光电弧复合焊，需要有新的焊接解决方案，如何解决长直角焊缝的激光焊或激光电弧复合焊时容易变形正是本申请所要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，提供一种长直角焊缝激光复合焊接装置及方法，该长直角焊缝激光复合焊接装置及方法能够避免角焊缝变形。
为实现上述目的，一方面，提供了如下技术方案：
一种长直角焊缝激光复合焊接装置，其包括有固定机构、移动机构和激光焊缝跟踪系统，固定机构用于固定板材，移动机构与固定机构滑移连接，激光焊缝跟踪系统与移动机构连接，移动机构用于带动激光焊缝跟踪系统沿横向和纵向移动。
第二方面，提供一种长直角焊缝激光复合焊接方法，其包括以下过程：
St10：通过激光焊缝跟踪系统识别焊缝的位置，根据焊缝的位置控制激光头对焊缝进行预焊接。
St20：当预焊接完成时，则控制激光焊缝跟踪识别系统识别板材的边缘，根据板材的边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，并控制激光头对二次焊接的位置进行二次焊接。
综上所述，上述技术方案具有以下有益效果：固定机构用于将两块板材相互垂直固定，形成长直角，移动机构用于带动激光焊缝跟踪系统沿横向移动，即沿两块板材的焊缝延伸方向移动，外部的激光头根据激光焊缝跟踪系统扫描的焊缝路径对两块板材进行预焊接。当预焊接完成后，焊缝没有间隙特征，通过移动机构控制激光焊缝跟踪系统沿纵向移动至板材的侧面，激光焊缝跟踪系统将板材的边缘作为扫描特征，然后将板材边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，最后激光头根据二次焊接的位置对板材的焊缝进行二次焊接。
本方案的有益效果：1、首先通过固定机构对板材进行整体的固定，可以防止板材在焊接时发生移动；2、其次通过低功率激光自熔焊对两个板材进行预焊接，将焊缝部分熔化，该部分熔化的材料凝固后起到防止角焊缝板材变形的作用，避免焊缝前面焊接，后部间隙变大无法焊接的问题，最后通过激光电弧复合焊完成焊接。
附图说明
图1为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的整体结构示意图；
图2为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的固定机构示意图；
图3为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的移动机构示意图；
图4为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的螺杆示意图；
图5为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的转动齿示意图；
图6为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的滑移块示意图；
图7为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的转动杆示意图；
图8为一种长直角焊缝激光复合焊接装置的激光焊缝跟踪系统转动变化示意图。
附图标记：10、固定机构；11、固定台；12、竖移动板；121、横固定轮组；1211、横上固定轮；1212、横下固定轮；13、横移动板；131、竖固定轮组；1311、竖前固定轮；1312、竖后固定轮；132、滑移槽；20、移动机构；21、滑移臂；211、转动齿；22、滑移块；221、螺纹孔；222、转动孔；23、纵驱动结构；231、驱动件；232、螺杆；24、限位块；30、激光焊缝跟踪系统；31、转动杆；32、轮齿；33、限位环；40、竖伸缩件；50、横伸缩件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，一种长直角焊缝激光复合焊接装置，其包括有固定机构10、移动机构20和激光焊缝跟踪系统30，固定机构10用于固定板材，移动机构20与固定机构10滑移连接，激光焊缝跟踪系统30与移动机构20连接，移动机构20用于带动激光焊缝跟踪系统30沿横向和纵向移动。固定机构10用于将两块板材相互垂直固定，形成长直角，移动机构20用于带动激光焊缝跟踪系统30沿横向移动，即沿两块板材的焊缝延伸方向移动，外部的激光头根据激光焊缝跟踪系统30扫描的焊缝路径对两块板材进行预焊接。当预焊接完成后，焊缝没有间隙特征，通过移动机构20控制激光焊缝跟踪系统30沿纵向移动至板材的侧面，激光焊缝跟踪系统30将板材的边缘作为扫描特征，然后将板材边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，最后激光头根据二次焊接的位置对板材的焊缝进行二次焊接。本方案的有益效果：1、首先通过固定机构10对板材进行整体的固定，可以防止板材在焊接时发生移动；2、其次通过低功率激光自熔焊对两个板材进行预焊接，将焊缝部分熔化，该部分熔化的材料凝固后起到防止角焊缝板材变形的作用，避免焊缝前面焊接，后部间隙变大无法焊接的问题，最后通过激光电弧复合焊完成焊接。
如图2所示，固定机构10包括有固定台11、竖移动板12、横移动板13；竖移动板12与固定台11连接，竖移动板12上设置有横固定轮组121，横固定轮组121用于将板材固定成横向；横移动板13与固定台11连接，横移动板13上设置有竖固定轮组131，竖固定轮组131用于将板材固定成竖向。竖移动板12和横移动板13之间的夹角呈九十度，横固定轮组121和竖固定轮组131之间的夹角也呈九十度，所以横向的板材和竖向的板材之间的夹角也呈九十度。
横固定轮组121包括有若干横上固定轮1211和若干横下固定轮1212，横上固定轮1211和横下固定轮1212均沿横向设置在竖移动板12上，横上固定轮1211设置在横下固定轮1212的上方，横上固定轮1211和横下固定轮1212用于将板材固定成横向；竖固定轮组131包括有若干竖前固定轮1311和若干竖后固定轮1312，竖前固定轮1311和竖后固定轮1312均沿横向设置在竖移动板12上，竖前固定轮1311设置在竖后固定轮1312的前方，竖前固定轮1311和竖后固定轮1312用于将板材固定成竖向。具体的，横上固定轮1211和横下固定轮1212均通过转轴与竖移动板12转动连接，横上固定轮1211和横下固定轮1212之间具有供板材插入的间隙，横上固定轮1211和横下固定轮1212与转轴可拆卸，通过更换横上固定轮1211和横下固定轮1212的尺寸即可改变间隙的宽度，从而适应不同板材的厚度；同理，竖前固定轮1311和竖后固定轮1312均通过转轴与横移动板13转动连接，竖前固定轮1311和竖后固定轮1312固定轮虹之间具有供板材插入的间隙，竖前固定轮1311和竖后固定轮1312与转轴可拆卸，通过更换竖前固定轮1311和竖后固定轮1312的尺寸即可改变间隙的宽度，从而适应不同板材的厚度。板材从间隙中插入便可固定成横向或竖向。
竖移动板12与固定台11通过竖伸缩件40连接，横移动板13与固定台11通过横伸缩件50连接。竖伸缩件40和横伸缩件50为气缸、电磁阀、伸缩杆等具备伸缩功能的零件。竖伸缩件40用于控制竖移动板12沿竖向移动，即沿垂直横移动板13的方向移动；横伸缩件50用于控制横移动板13沿横向移动，即垂直竖移动板12的方向移动。通过移动竖移动板12和横移动板13可以改变其与固定台11之间的距离，从而适应不同板材的尺寸。
如图3所示，移动机构20包括有滑移臂21、滑移块22和纵驱动结构23，横移动板13开设有滑移槽132；滑移臂21与滑移槽132滑移连接，滑移块22与滑移臂21滑移连接，纵驱动结构23设置在滑移臂21上并与滑移块22连接，激光焊缝跟踪系统30与滑移块22转动连接，滑移臂21用于控制激光焊缝跟踪系统30沿横向移动，纵驱动结构23用于控制激光焊缝跟踪系统30沿纵向移动。使用时，激光焊缝跟踪系统30先通过滑移臂21在滑移槽132内横向移动扫描焊缝路径，激光头根据焊缝路径对焊缝进行直熔焊，然后纵驱动结构23带动滑移块22沿滑移臂21向下移动，并带动激光焊缝跟踪系统30向下移动，再转动激光焊缝跟踪系统30对竖向的板材的边缘进行扫描，将板材边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，最后激光头根据二次焊接的位置对板材的焊缝进行激光电弧复合焊接。
如图4所示，纵驱动结构23包括驱动件231和螺杆232，滑移块22开设有与螺杆232配合的螺纹孔221，驱动件231设置在滑移臂21上并与螺杆232连接，用于带动螺杆232转动。
滑移臂21的上端设置有限位块24。因为滑移块22与滑移臂21滑移连接，螺杆232转动时，滑移块22会沿着滑移臂21上下移动，驱动件231为电机等可以带动螺杆232转动的零件。优选地，滑移臂21的上端设置有限位块24，用于防止滑移块22脱落。
如图5-8所示，激光焊缝跟踪系统30上设置有转动杆31，滑移块22上开设有与转动杆31配合的转动孔222，转动杆31上设置有若干轮齿32，若干轮齿32沿转动杆31的周向环绕设置，滑移臂21上设置有与轮齿32配合的转动齿211。当纵驱动结构23控制滑移块22下移时，则转动杆31和激光焊缝跟踪系统30也跟着下移，当转动杆31上的轮齿32经过转动齿211时，则转动杆31转动九十度。通过轮齿32和转动齿211的设置，可以让激光焊缝跟踪系统30在上下移动的时候自动完成角度的转换。过程为，当激光焊缝跟踪系统30沿横向移动扫描焊缝时，激光焊缝跟踪系统30的扫描头朝下，当激光焊缝跟踪系统30扫描完成向下移动时，轮齿32经过转动齿211自动将激光焊缝跟踪系统30旋转九十度，让激光焊缝跟踪系统30的扫描头朝向板材的侧面，扫描完成后，激光焊缝跟踪系统30复位经过转动齿211又会自动将扫描头转到朝下的方向。转动齿211的齿数为轮齿32齿数的四分之一，如转动齿211的齿数为2，轮齿32齿数为8，从而满足轮齿32每次经过转动齿211后转动九十度。根据实际情况，轮齿32可以由现成的齿轮代替。
转动杆31远离激光焊缝跟踪系统30的一端设置有限位环33，限位环33的直径大于转动孔222的内径。转动杆31穿过转动孔222后，转动孔222远离激光焊缝跟踪系统30的一端有限位环33，靠近激光焊缝跟踪系统30的一端有轮齿32，从而将转动杆31限制在转动孔222内。
根据本发明的第二方面，提供一种长直角焊缝激光复合焊接方法，其包括以下过程：
St10：通过激光焊缝跟踪系统30识别焊缝的位置，根据焊缝的位置控制激光头对焊缝进行预焊接。
St20：当预焊接完成时，则控制激光焊缝跟踪识别系统识别板材的边缘，根据板材的边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，并控制激光头对二次焊接的位置进行二次焊接。
本方案提出，对于长直焊缝进行激光电弧复合焊时，先进行低功率激光自熔焊，将焊缝部分熔化，该部分熔化的材料凝固后起到防止角焊缝板材变形的作用，避免焊缝前面焊接，后部间隙变大无法焊接的问题。在低功率焊接完成后，拼缝不再有焊缝间隙特征，激光焊缝跟踪系统30无法对焊缝的位置进行识别。因此，对于角焊缝低功率焊接完成后焊缝没有间隙特征，焊缝跟踪系统无法识别情况下，可以改变焊缝跟踪识别位置，通过设定偏移量来确定焊缝位置。在焊缝跟踪传感器扫描焊缝时，由于没有典型的间隙特征，因此，旋转激光焊缝跟踪系统30将板材边缘作为扫描特征，当板材厚度为t时，将焊缝跟踪计算后的位置增加偏量t即为焊缝位置。通过上述本发明实现长直角焊缝激光复合焊接过程中焊缝跟踪功能，提高焊接质量等效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，包括有固定机构(10)、移动机构(20)和激光焊缝跟踪系统(30)，所述固定机构(10)用于固定板材，所述移动机构(20)与固定机构(10)滑移连接，所述激光焊缝跟踪系统(30)与移动机构(20)连接，所述移动机构(20)用于带动激光焊缝跟踪系统(30)沿横向和纵向移动。
2.根据权利要求1所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述固定机构(10)包括有固定台(11)、竖移动板(12)、横移动板(13)；
所述竖移动板(12)与固定台(11)连接，所述竖移动板(12)上设置有横固定轮组(121)，所述横固定轮组(121)用于将板材固定成横向；
所述横移动板(13)与固定台(11)连接，所述横移动板(13)上设置有竖固定轮组(131)，所述竖固定轮组(131)用于将板材固定成竖向。
3.根据权利要求2所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述横固定轮组(121)包括有若干横上固定轮(1211)和若干横下固定轮(1212)，所述横上固定轮(1211)和横下固定轮(1212)均沿横向设置在竖移动板(12)上，所述横上固定轮(1211)设置在横下固定轮(1212)的上方，所述横上固定轮(1211)和横下固定轮(1212)用于将板材固定成横向；
所述竖固定轮组(131)包括有若干竖前固定轮(1311)和若干竖后固定轮(1312)，所述竖前固定轮(1311)和竖后固定轮(1312)均沿横向设置在竖移动板(12)上，所述竖前固定轮(1311)设置在竖后固定轮(1312)的前方，所述竖前固定轮(1311)和竖后固定轮(1312)用于将板材固定成竖向。
4.根据权利要求2所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述竖移动板(12)与固定台(11)通过竖伸缩件(40)连接，所述横移动板(13)与固定台(11)通过横伸缩件(50)连接。
5.根据权利要求2所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述移动机构(20)包括有滑移臂(21)、滑移块(22)和纵驱动结构(23)，所述横移动板(13)开设有滑移槽(132)；
所述滑移臂(21)与滑移槽(132)滑移连接，所述滑移块(22)与滑移臂(21)滑移连接，纵驱动结构(23)设置在滑移臂(21)上并与滑移块(22)连接，所述激光焊缝跟踪系统(30)与滑移块(22)转动连接，所述滑移臂(21)用于控制激光焊缝跟踪系统(30)沿横向移动，所述纵驱动结构(23)用于控制激光焊缝跟踪系统(30)沿纵向移动。
6.根据权利要求5所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述纵驱动结构(23)包括驱动件(231)和螺杆(232)，所述滑移块(22)开设有与螺杆(232)配合的螺纹孔(221)，所述驱动件(231)设置在滑移臂(21)上并与螺杆(232)连接，用于带动螺杆(232)转动。
7.根据权利要求6所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述滑移臂(21)的上端设置有限位块(24)。
8.根据权利要求5所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述激光焊缝跟踪系统(30)上设置有转动杆(31)，所述滑移块(22)上开设有与转动杆(31)配合的转动孔(222)，所述转动杆(31)上设置有若干轮齿(32)，若干所述轮齿(32)沿转动杆(31)的周向环绕设置，所述滑移臂(21)上设置有与轮齿(32)配合的转动齿(211)。
9.根据权利要求8所述的长直角焊缝激光复合焊接装置，其特征在于，所述转动杆(31)远离激光焊缝跟踪系统(30)的一端设置有限位环(33)，所述限位环(33)的直径大于转动孔(222)的内径。
10.一种长直角焊缝激光复合焊接方法，其特征在于，包括以下过程：
通过激光焊缝跟踪系统(30)识别焊缝的位置，根据焊缝的位置控制激光头对焊缝进行预焊接；
当预焊接完成时，则控制激光焊缝跟踪识别系统识别板材的边缘，根据板材的边缘加上板材本身的厚度作为二次焊接的位置，并控制激光头对二次焊接的位置进行二次焊接。
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