CN116441728B - 一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置及方法，属于激光焊接技术领域。本发明的焊接装置包括三个不同角度的激光焊接头，垂直激光头、侧激光头、倾斜激光头，所述不同角度激光头均安装有振镜，所述振镜用以实现激光束焊接方向快速摆动，可以扩大焊接接头体积。本发明利用三激光束相互配合，控制每个激光头的激光功率、激光头角度、激光束焦距、工件进给速度、激光束摆动频率和幅度等多种工艺参数，扩大了优化焊接接头性能的可控工艺参数窗口，使高熔点一侧更多的吸收激光能量，克服了对于熔点差异较大的异种金属激光焊接不均匀的问题，进而改善焊接接头形貌，实现了异种材料的高质量焊接，流水线工作模式实现了工件的批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置及方法。
背景技术
焊接技术是工业生产中的常见连接工艺，然而普通的电弧焊接方法一般采用低压大电流作为能量输入，导致焊缝的热影响区面积大，焊件的焊接应力大，变形大。此外，在普通焊接过程中，除直线焊接和圆弧焊接可以采用自动化焊接外，复杂的焊接作业多以人工焊接方式实现，而焊接工作环境往往比较恶劣，且人工焊接存在劳动强度大，工作效率低等问题。激光焊接方法具有焊接速度快，焊接深度大，焊缝热影响区小、不受电磁场影响以及自动化程度高等优点，广泛应用于轨道交通、航空航天等领域。
随着现在装备技术的快速发展，工业上对于集成多种金属材料的多功能、多性能构件的需求越来越大。作为现在最先进的焊接方法之一，激光焊接具有工艺参数多、限制条件少等优点，能够适应多种焊接应用场景，尤其适用于异种金属材料的焊接作业。然而，对于不同牌号的同种金属材料或异种金属材料，不同合金的热物性差异（熔点、导热、比热容、热膨胀系数等），会造成多种焊接问题，具体如下：
问题一：异种材料的熔点、热导率和比热容相差大，熔点低的金属材料达到熔化状态时，高熔点的金属材料仍呈固体状态，导致难以焊合。当高熔点一侧金属熔化时，低熔点材料会产生流失、合金元素烧损或蒸发，而使焊缝的化学成分发生变化，造成焊接接头性能劣化，尤其是焊接有色金属时更为严重。
问题二：异种材料的热膨胀系数相差大，两种材料冷却时收缩率不同，这导致熔池结晶时会产生很大的焊接应力，诱发焊接变形，甚至焊接裂纹。
因此，异种材料焊接作业必须根据现场实际情况，采取合理的焊接材料、焊接方法和焊接工艺等，方能满足其焊件的质量要求。利用多激光束焊接方法提升异种合金材料焊件产品质量是可行的研发思路，如专利CN 113305389 A公开了三激光束的焊接方法及装置，可初步实现对异种材料的激光焊接，CN 111673282 A也提出了用三激光束焊接铝-钢合金的方法，CN 203031130 U和CN115121950A提出了应用于电子器件和车载式三激光束的焊接系统。但上述装置应用较为单一，普遍存在以下不足：首先，激光头角度局限，不能实现三激光束全方位的角度调整；其次，该装置不能实现工件的批量生产，并且上述专利多没有涉及对焊接模式及工艺的调整且没有提及送丝装置和送气装置；第三，上述专利并没有配备针对焊接方法的特定焊接工件夹具，而快速地装夹焊件是提升焊接效率的重点环节之一。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置及方法，本发明提出的三激光头焊接作业流水线装置，具有多种可调节的焊接工艺参数和焊接模式，并通过激光束之间的分工与协作，实现对同种合金、异种合金、同种合金异种牌号或不同厚度的同种合金板材进行高效批量化焊接作业。本发明一方面可用于解决异种金属材料热物性不同（熔点、导热、比热容、热膨胀系数等）而导致难以焊接的问题，另一方面，通过多种焊接工艺参数控制，还能够大幅度降低焊接过程中产生焊接裂纹、焊接不均匀等焊接缺陷发生的概率，同时流水线装置极大地提高了同、异种金属材料板材激光焊接作业的自动化程度，显著提高生产效率。
本发明的三激光束装置及方法适用于流水线工作，三激光头可针对不同材料，设置不同角度、焦距进行焊接作业，如利用三激光束分工协作，相互配合，使高熔点一侧吸收更多的激光能量，熔化体积达到与低熔点一侧基本一致，进而改善焊接接头形貌。此外，本发明的三激光束焊接方法提供了更多的激光焊接工艺参数，扩大了优化焊接接头性能的可控工艺参数窗口，并通过流水线装置能够实现激光焊接的批量化生产作业。
本发明的三激光束流水线装置采用以下技术方案实现：
本发明的三激光束流水线装置，包括整体焊接机构，视觉定位系统，夹紧装置，焊接工件，送气装置，矩形板，H型板，平行导轨，总体温度显示屏，操控端；所述整体焊接机构上设有视觉定位系统；所述整体焊接机构设置在H型板上；所述H型板对称设置在矩形板上；所述矩形板设有两条平行导轨；所述平行导轨上对称设有夹紧装置；所述夹紧装置中为焊接工件；所述H型板上设有总体温度显示屏和操控端；所述整体焊接机构设有送气装置和送丝装置；
所述整体焊接机构包括垂直激光头，倾斜激光头和侧激光头，机械臂一，机械臂二，机械臂三，紧固构件一，紧固构件二，紧固构件三，全方位旋转机构一，全方位旋转机构二，全方位旋转机构三；
所述垂直激光头与机械臂一相连，机械臂一通过紧固构件一与全方位旋转机构一相连；所述倾斜激光头与机械臂二相连，机械臂二通过紧固构件二与全方位旋转机构二相连；所述侧激光头与机械臂三相连，机械臂三通过紧固构件三与全方位旋转机构三相连；
所述垂直激光头，倾斜激光头以及侧激光头均安装有振镜，通过振镜循环转动可以实现激光束摆动；
所述垂直激光头设有送气装置，倾斜激光头设有送丝装置；
所述垂直激光头，倾斜激光头和侧激光头均可通过调整位置、角度和焦距进行焊缝形貌的调节；
所述整体焊接机构中的垂直激光头，倾斜激光头和侧激光头通过全方位旋转机构一、全方位旋转机构二和全方位旋转机构三，以及紧固构件一、紧固构件二和紧固构件三进行方向的改变与位置的固定；所述全方位旋转机构一、全方位旋转机构二和全方位旋转机构三，包括旋转齿轮，滑动齿条，电机一，旋转内轴，滑动紧固孔，机械臂紧固孔；旋转齿轮的上部设置有电机一与旋转内轴；滑动齿条下方设有滑动紧固孔，用于锁紧全方位旋转机构；机械臂紧固孔设置在机械臂一上，形成三角结构，起到固定机械臂的作用。滑动齿条通过电机一引发旋转齿轮的旋转，带动旋转内轴转动，进而实现上方机械臂一全方位转动；
所述视觉定位系统包括视觉定位系统三，视觉定位系统一，视觉定位系统二；
所述视觉定位系统可定位工件的实时位置与具体速度，保证工件按要求到达激光焊接指定位置，控制激光的发出与停止；所述视觉定位系统还带有监测作用，可以观察不同激光头的局部焊接效果；
所述夹紧装置包括右上平行磁铁一，右下平行磁铁一，左上平行磁铁一，左下平行磁铁一，方形磁铁一和方形磁铁二；所述夹紧装置通过右上平行磁铁一，右下平行磁铁一，左上平行磁铁一，左下平行磁铁一，分别将焊接工件上下方向进行夹紧，当焊接工件厚度不同时，通过螺栓进行调节；所述方形磁铁一和方形磁铁二设置在右上平行磁铁一、右下平行磁铁一、左上平行磁铁一、左下平行磁铁一之间，方形磁铁一和方形磁铁二通过右弹簧和左弹簧将焊接工件进行左右挤压压紧；
所述焊接工件包括待加工工件一和待加工工件二；
所述送气装置包括气瓶和送气管；
所述矩形板设置在装置最底部，为装置整体提供基础支撑；
所述H型板包括H型板一和H型板二；H型板二上设有倾斜激光头和侧激光头，H型板一设有垂直激光头；
所述平行导轨实现焊接工件匀速移动，移动速度可调，适用于生产线、流水线的快速焊接。通过控制工件的移动速度，可调整焊接速度；
所述总体温度显示屏，可显示异种材料激光焊接过程中的总体温度分布情况；
所述操控端用于调整垂直激光头，倾斜激光头和侧激光头的位置相对焊接工件的距离，进而实现对激光束焦距的调控，控制输出光斑尺寸；
所述送丝装置包括送丝机和送丝管；
本发明的三激光束流水线装置整体为流水线结构，适用于流水线工作，即在三激光头位置固定的情况下，工件进行流水线输送；
本发明的一种焊接异种材料的三激光束流水线装置的方法，可应用于相同厚度或不同厚度的异种合金，相同厚度的异种牌号的同种合金或不同厚度的同种牌号的同种合金的激光焊接；
三激光头功率范围分别为：垂直激光头为0~800W，倾斜激光头为0~1500W，侧激光头为0~800W，焊接工件移动速度为5~500mm/s，焊件工件的厚度为0~30mm，激光头摆动焊接频率为0~500HZ；
激光角度：垂直激光头可调范围为沿垂直方向0~60°，焦距偏移量为0~3 mm；倾斜激光头沿垂直方向可调角度范围为10~75°，侧激光头沿垂直方向可调范围为10~75°；
本发明的一种焊接异种材料的三激光束流水线装置的方法，具体包括如下步骤：
步骤1：将焊接工件等距离装夹，用砂纸清理焊接工件表面，通过右上平行磁铁一，右下平行磁铁一，左上平行磁铁一，左下平行磁铁一，分别将焊接工件上下夹紧，方形磁铁一和方形磁铁二通过右弹簧和左弹簧将焊接工件进行左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，通过操控端控制垂直激光头、倾斜激光头和侧激光头前后移动，调整离焦量，控制激光束的光斑直径；控制全方位旋转机构一使垂直激光头向高熔点焊接工件偏移；控制全方位旋转机构二调整倾斜激光头，位置对准两个焊接工件连接处；控制全方位旋转机构三，调整侧激光头，根据需求对准高熔点焊接工件或较厚焊接工件一侧，或两个焊接工件连接处；
步骤3：待焊接工件固定好后，通过视觉定位系统三，视觉定位系统一，视觉定位系统二观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成焊接工件的焊接后，通过视觉定位系统三，视觉定位系统一，视觉定位系统二进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
本发明提供的一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
一：该装置引入送丝装置、送气装置，必要时还加入摆动焊接，以调节焊缝形貌为目标出发，可以调节工件的进给速度、三激光束的焦距大小、三激光束的焊接角度、三激光束的焊接速度等多种工艺参数，扩大了优化焊接接头性能的可控工艺参数窗口，能够实现工件的批量生产。
二：本发明提出的一种适用于异种材料焊接的三激光束焊接流水线装置及方法，与传统的单一装置及方法相比，大幅度提高了异种合金激光焊接接头质量。熔点较高的材料上叠加不同角度激光束，可熔化更多体积的高熔点金属材料，进而优化焊缝形貌，提升焊件性能。因此，相较于传统的焊接方法和装置本发明可达到更稳定的焊接效果。
三：本发明提出的一种适用于异种材料焊接的三激光束焊接流水线装置及方法，针对不同金属材料，采用相应激光焊接方法，扩展了异种合金焊接材料范围，三激光束焊接方法灵活多变，且更加具有针对性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，结合如下附图对实施例作进一步说明。
图1为本发明的激光焊接装置的结构示意图；
图2为本发明的激光焊接装置侧面结构示意图；
图3为本发明的激光焊接装置俯视结构示意图；
图4为本发明的全方位旋转机构内部的侧面结构剖面示意图；
图5为本发明的全方位旋转机构内部的正面结构剖面示意图；
图6为本发明的旋转机构内部的齿轮齿条传动机构示意图；
图7为本发明的全方位旋转机构内部的结构示意图；
图8为本发明的H型板结构示意图；
图9为本发明的导轨结构示意图；
图10为本发明的激光束示意图。
附图标记：1：垂直激光头，2：倾斜激光头，3：侧激光头，4：机械臂一，5：机械臂二，6：机械臂三，7：紧固构件一，8：紧固构件二，9：紧固构件三，10：H型板一，11：H型板二，12：全方位旋转机构一，13：全方位旋转机构二，14：全方位旋转机构三，15：总体温度显示屏，16：连接机构一，17：操控端，18：送丝机，19：连接机构二，20：气瓶，21：送丝管，22：送气管，23：视觉定位系统三，24：矩形板，25：右上平行磁铁一，26：右下平行磁铁一，27：平行导轨，28：左上平行磁铁一，29：左下平行磁铁一，30：右弹簧，31：左弹簧，32：方形磁铁一，33：方形磁铁二，34：待加工工件一，35：待加工工件二，36：视觉定位系统一，37：视觉定位系统二，12-1：旋转齿轮，12-2：滑动齿条，12-3：电机一，12-4：旋转内轴，12-5：滑动紧固孔，12-6：机械臂紧固孔。
具体实施方式
为使本发明的内容、优点、技术更加清晰，下面将结合细节图以及本发明中的附图，描述本发明中的实施例，使其更加明确，下面的实施例仅为示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，仅仅是本发明的一部分实施例，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他实施例，均属于本发明专利保护的范围。
本发明的三激光束流水线装置，包括整体焊接机构，视觉定位系统，夹紧装置，焊接工件，送气装置，矩形板24，H型板，平行导轨27，总体温度显示屏15，操控端17；所述整体焊接机构上设有视觉定位系统；所述整体焊接机构设置在H型板上；所述H型板对称设置在矩形板24上；所述矩形板24设有两条平行导轨27；所述平行导轨27上对称设有夹紧装置；所述夹紧装置中为焊接工件；所述H型板上设有总体温度显示屏15和操控端17；所述整体焊接机构设有送气装置和送丝装置。
所述整体焊接机构包括垂直激光头1，倾斜激光头2和侧激光头3，机械臂一4，机械臂二5，机械臂三6，紧固构件一7，紧固构件二8，紧固构件三9，全方位旋转机构一12，全方位旋转机构二13，全方位旋转机构三14；
所述垂直激光头1与机械臂一4相连，机械臂一4通过紧固构件一7与全方位旋转机构一12相连；所述倾斜激光头2与机械臂二5相连，机械臂二5通过紧固构件二8与全方位旋转机构二13相连；所述侧激光头3与机械臂三6相连，机械臂三6通过紧固构件三9与全方位旋转机构三14相连；
所述垂直激光头1，倾斜激光头2以及侧激光头3均安装有振镜，通过振镜循环转动可以实现激光束摆动；
所述垂直激光头1设有送气装置，倾斜激光头2设有送丝装置，可提高表面质量，以免异种材料进行激光焊接发生氧化，起保护作用。
所述垂直激光头1，倾斜激光头2以及侧激光头3均可通过调整离焦量来控制激光束的光斑直径，进而调节焊缝形貌；
所述倾斜激光头2，位置对准两个焊接工件连接处，侧激光头3根据需求对准高熔点或较厚焊接工件一侧，或两个焊接工件连接处；
垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3均可通过激光束摆动焊接，增加焊缝宽度；
所述整体焊接机构中的垂直激光头1，倾斜激光头2和侧激光头3通过全方位旋转机构一12、全方位旋转机构二13和全方位旋转机构三14，以及紧固构件一7、紧固构件二8和紧固构件三9进行方向的改变与位置的固定；所述全方位旋转机构均由电机控制；
所述全方位旋转机构一12、全方位旋转机构二13和全方位旋转机构三14，包括旋转齿轮12-1，滑动齿条12-2，电机一12-3，旋转内轴12-4，滑动紧固孔12-5，机械臂紧固孔12-6；旋转齿轮12-1的上部设置有电机一12-3与旋转内轴12-4；滑动齿条12-2下方设有滑动紧固孔12-5，用于锁紧全方位旋转机构；机械臂紧固孔12-6设置在机械臂一4上，形成三角结构，起到固定机械臂的作用。滑动齿条12-2通过电机一12-3引发旋转齿轮12-1的旋转，带动旋转内轴12-4转动，进而实现上方机械臂一4全方位转动。
所述视觉定位系统包括视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37；
所述视觉定位系统一36、视觉定位系统二37和视觉定位系统三23还包括摄像机，摄像机的下端设有变焦镜头，可观察局部焊接情况，便于进行分析与检验激光束在整个焊接轨迹上与焊缝的对准与焊接成型情况，防止出现异常。
所述视觉定位系统可定位工件的实时位置与具体速度，保证工件按要求到达激光焊接指定位置，控制激光的发出与停止，实现流水线作业。同时，视觉定位系统还带有监测作用，可以观察不同激光头的局部焊接效果。
所述夹紧装置包括右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，方形磁铁一32和方形磁铁二33；所述夹紧装置通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将焊接工件上下方向进行夹紧，当焊接工件厚度不同时，通过螺栓进行调节；所述方形磁铁一32和方形磁铁二33设置在右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29之间，方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将焊接工件进行左右挤压压紧；
所述焊接工件包括待加工工件一34和待加工工件二35；
所述送气装置包括气瓶20和送气管22；
所述矩形板24设置在装置最底部，为装置整体提供基础支撑；
所述H型板包括H型板一10和H型板二11；H型板二11上设有倾斜激光头2和侧激光头3，H型板一10设有垂直激光头1；
所述平行导轨27实现焊接工件匀速移动，移动速度可调，适用于生产线、流水线的快速焊接。通过控制工件的移动速度，可调整焊接速度。
所述总体温度显示屏15，可显示激光焊接作业时的总体温度分布情况；
所述操控端17用于调整垂直激光头1，倾斜激光头2和侧激光头3的位置相对焊接工件的距离，进而实现对激光束焦距的调控，控制输出光斑尺寸；
所述送丝装置包括送丝机18和送丝管21；
本发明的三激光束流水线装置整体为流水线结构，适用于流水线工作，在三激光头位置固定的情况下，工件进行流水线输送。
本发明的一种焊接异种材料的三激光束流水线装置的方法，可应用于相同厚度或不同厚度的异种合金，相同厚度的异种牌号的同种合金或不同厚度的同种牌号的同种合金的激光焊接；
三激光头功率范围分别为：垂直激光头1为0~800W，倾斜激光头2为0~1500W，侧激光头3为0~800W，焊接工件移动速度为5-500mm/s，焊件工件的厚度为0~30mm，激光头摆动焊接频率为0~500HZ；
激光角度：垂直激光头1可调范围为沿垂直方向0~60°，焦距偏移量为 0~3 mm；倾斜激光头2沿垂直方向可调角度范围为10~75°，侧激光头3沿垂直方向可调范围为10~75°；
本发明的一种焊接异种材料的三激光束流水线装置的方法，具体包括如下步骤：
步骤1：将焊接工件等距离装夹，用砂纸清理焊接工件表面，通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将焊接工件上下夹紧、方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将焊接工件进行左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，通过操控端17控制垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3前后移动，调整离焦量，控制激光束的光斑直径；控制全方位旋转机构一12使垂直激光头1向高熔点焊接工件偏移；控制全方位旋转机构二13调整倾斜激光头2，位置对准两个焊接工件连接处；控制全方位旋转机构三14，调整侧激光头3，根据需求对准高熔点焊接工件或较厚焊接工件一侧，或两个焊接工件连接处；
步骤3：通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成焊接工件的焊接后，通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
实施例1
本发明的一种焊接异种材料的三激光束流水线装置，结构示意图如图1-3所示，全方位旋转机构的结构示意图如图4-7所示，H型板结构示意图如图8所示，导轨结构示意图如图9所示，激光束示意图如图10所示；对于厚度为3mm的高熵合金与45号钢板材的异种激光焊接方法，焊接工件进给速度0.8m/min，垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3的功率分别为800W、800W（如果使用摆动焊接，则为1200W，环形模式、振幅0.5mm、频率30HZ）、150W，垂直激光头1向高熵合金工件偏移0.5mm，离焦量为0.2mm，倾斜激光头2与板材成45°角，聚焦于板材表面，侧激光头3设置离焦量为0.2mm，与焊接方向成90°角，与垂直方向成15°角，从高熵合金一侧射入，输送氩气流量为10L/min；具体包括如下步骤：
步骤1：将高熵合金与45号钢板材等距离装夹，用砂纸清理高熵合金与45号钢板材表面，通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将高熵合金与45号钢板材上下夹紧、方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将高熵合金与45号钢板材左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，控制全方位旋转机构一12使垂直激光头1向高熵合金偏移，控制垂直激光头1向后移动，调节离焦量；侧激光头3将激光束直接对准高熵合金一侧，进一步熔化高熵合金，调整倾斜激光头2伸缩距离，控制倾斜激光头2向后移动，调节离焦量；调整倾斜激光头2伸缩距离，使其对准焊接路径。
步骤3：通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成高熵合金与45号钢板材的激光焊接后，通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
三激光头的分工提高高熵合金与45号钢板材焊件的产品合格率。工件到达指定位置后，在上述参数与步骤下进行流水线工作。
垂直激光头1完全作用在高熵合金表面，侧激光头3既作用于高熵合金，也会使部分临近的45号钢熔化，在前两步的作用下，倾斜激光头2进行焊接，最终二者的焊缝达到一致。
实施例2
对于等厚（3mm 板材）AA2195与AA6063的异种激光焊接方法，焊接工件的进给速度为2m/min，垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3的功率分别为1000W、800W、400W，垂直激光头1向AA6063板材一侧偏移0.4mm，离焦量为0.3mm，倾斜激光头2与板材成45°角，聚焦于板材表面，侧激光头3设置离焦量为 -0.2mm，与焊接方向成90°角，与垂直方向成20°角，从AA2195一侧射入。具体包括如下步骤：
步骤1：将AA2195与AA6063板材等距离装夹，用砂纸清理AA2195与AA6063板材表面，通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将AA2195与AA6063板材上下夹紧、方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将AA2195与AA6063板材左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，控制全方位旋转机构一12使垂直激光头1向AA2195板材一侧偏移，控制垂直激光头1向后移动，调节焊缝的上部形貌；侧激光头3将激光束直接对准垂直激光头1作用后的AA2195板材内部，调整侧激光头3向前移动，控制离焦量，进一步熔化AA2195板材；调整倾斜激光头2，使其对准焊接路径。
步骤3：通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成AA2195与AA6063板材的激光焊接后，通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
三激光头的分工提高AA2195与AA6063焊件的产品合格率。工件到达指定位置后，在上述参数与步骤下进行流水线工作。
本实例中，焊丝采用AA6061合金，且只有倾斜激光头2设有送丝装置，当倾斜激光头2沿焊接路径进行焊接时，送丝机18控制送丝管21的速度与方向，实现稳定焊接。
垂直激光头1主要作用在AA2195板材表面，也会部分使附近的AA6063熔化，形成熔池。
实施例3
对于不等厚AA6061板材(厚度分别为4mm与2mm)的激光焊接装置，焊接工件的进给速度为2 m/min，垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3的功率分别为600W、300W、0W（不输出），垂直激光头1向AA6061板材一侧偏移0.4mm，并利用振镜实施幅度为直径0.5 mm的环形，频率50HZ的激光束摆动，送氩气流量为15L/min，倾斜激光头2与板材成45°角，送丝速度为0.5m/min。具体包括如下步骤：
步骤1：将AA6061板材等距离装夹，用砂纸清理AA6061板材表面，通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将AA6061板材上下夹紧、方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将AA6061板材进行左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，控制全方位旋转机构一12使垂直激光头1向较厚AA6061板材偏移，控制垂直激光头1伸缩，使激光束聚焦在较厚AA6061板材表面；调整倾斜激光头2伸缩距离，使其对准焊接路径，使激光束直接打在激光路径上。
所述垂直激光头1采用摆动焊接，摆动激光束为圆弧形模式；倾斜激光头2聚焦于2mm板材表面的焊接路径处；
步骤3：通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成AA6061板材的激光焊接后，通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
实施例4
对于不等厚铝合金AA6061板材（厚度为5 mm）与镁合金AZ31板材（厚度为3mm）的激光焊接装置，焊接工件的进给速度为2.5m/min，并利用振镜实施幅度为直径0.4mm的环形模式，频率为100HZ的激光束摆动，垂直激光头1、倾斜激光头2和侧激光头3的功率分别为500W、700W、200W，垂直激光头1向AA6061向较厚板材一侧偏移0.2mm，送氩气流量为15L/min，垂直激光头1和倾斜激光头2激光束聚焦于两板交接处的厚板表面，倾斜激光头2与板材成45°角，侧激光头3向AA6061一侧偏移0.1mm，与焊接方向成90°角，与垂直方向成20°角，设置焦距为相对于厚板表面-0.2mm。具体包括如下步骤：
步骤1：将铝合金AA6061板材与镁合金AZ31板材等距离装夹，用砂纸清理铝合金AA6061板材与镁合金AZ31板材表面，通过右上平行磁铁一25，右下平行磁铁一26，左上平行磁铁一28，左下平行磁铁一29，分别将铝合金AA6061板材与镁合金AZ31板材上下夹紧、方形磁铁一32和方形磁铁二33通过右弹簧30和左弹簧31将铝合金AA6061板材与镁合金AZ31板材进行左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，控制全方位旋转机构一12使垂直激光头1向较厚铝合金AA6061板材偏移，激光头对准厚板表面；侧激光头3将激光束直接对准垂直激光头1作用后的铝合金AA6061板材料表面，调整侧激光头3向前移动；调整倾斜激光头2，使其对准焊接路径。
所述垂直激光头1采用摆动焊接，垂直激光头1的激光束摆动模式为圆弧形。
步骤3：通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成铝合金AA6061板材与镁合金AZ31板材的激光焊接后，通过视觉定位系统三23，视觉定位系统一36，视觉定位系统二37进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束进行停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
需要说明的是，在本文中只展示了三激光头的使用情况，但本发明同理也可包括当需要使用两激光头以及需要使用一激光头时的额外其他广泛实例方法，以及深入考虑激光头类型不同时的实施情况，在此处不再赘述。
以上结合具体实施例对本发明的技术原理进行了描述。但这些描述只是为了解释本发明的原理，只是本发明的众多实施方法之一，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。本发明包括但不限于上述内容，在本发明的技术创意范围内，可以继续进行延伸与拓展，而其所属内容的广泛细节与实施变换均属于本发明保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于焊接异种材料的三激光束流水线装置，其特征在于，所述的三激光束流水线装置包括整体焊接机构，视觉定位系统，夹紧装置，焊接工件，送气装置，矩形板（24），H型板，平行导轨（27），总体温度显示屏（15），操控端（17）；所述整体焊接机构上设有视觉定位系统；所述整体焊接机构设置在H型板上；所述H型板对称设置在矩形板（24）上；所述矩形板（24）设有两条平行导轨（27）；所述平行导轨（27）上对称设有夹紧装置；所述夹紧装置中夹持的为焊接工件；所述H型板上设有总体温度显示屏（15）和操控端（17）；所述整体焊接机构设有送丝装置和所述送气装置；
所述整体焊接机构包括垂直激光头（1），倾斜激光头（2）和侧激光头（3），机械臂一（4），机械臂二（5），机械臂三（6），紧固构件一（7），紧固构件二（8），紧固构件三（9），全方位旋转机构一（12），全方位旋转机构二（13），全方位旋转机构三（14）；所述垂直激光头（1）与机械臂一（4）相连，机械臂一（4）通过紧固构件一（7）与全方位旋转机构一（12）相连；所述倾斜激光头（2）与机械臂二（5）相连，机械臂二（5）通过紧固构件二（8）与全方位旋转机构二（13）相连；所述侧激光头（3）与机械臂三（6）相连，机械臂三（6）通过紧固构件三（9）与全方位旋转机构三（14）相连；
所述垂直激光头（1），倾斜激光头（2）以及侧激光头（3）均安装有振镜，通过振镜循环转动可以实现激光束摆动；
所述垂直激光头（1）设有送气装置，倾斜激光头（2）设有送丝装置；
所述垂直激光头（1），倾斜激光头（2）和侧激光头（3）均可通过调整位置、角度和焦距进行焊缝形貌的调节；
所述整体焊接机构中的垂直激光头（1），倾斜激光头（2）和侧激光头（3）分别通过全方位旋转机构一（12）、全方位旋转机构二（13）和全方位旋转机构三（14），以及紧固构件一（7）、紧固构件二（8）和紧固构件三（9）进行方向的改变与位置的固定；所述全方位旋转机构一（12）、全方位旋转机构二（13）和全方位旋转机构三（14）均包括旋转齿轮（12-1），滑动齿条（12-2），电机一（12-3），旋转内轴（12-4），滑动紧固孔（12-5），机械臂紧固孔（12-6）；所述旋转齿轮（12-1）的上部设置有电机一（12-3）与旋转内轴（12-4）；滑动齿条（12-2）下方设有滑动紧固孔（12-5）用于锁紧；机械臂紧固孔（12-6）设置在对应的机械臂上进行固定；滑动齿条（12-2）通过电机一（12-3）的运转带动轴向运动，由此引发旋转齿轮（12-1）的旋转，并由旋转内轴（12-4）带动上方对应的机械臂的全方位转动；
所述视觉定位系统包括视觉定位系统三（23），视觉定位系统一（36），视觉定位系统二（37）；所述视觉定位系统可定位工件的实时位置与具体速度，保证工件按要求到达激光焊接指定位置，控制激光的发出与停止；所述视觉定位系统还带有监测作用，可以观察不同激光头的局部焊接效果；
所述夹紧装置包括右上平行磁铁一（25），右下平行磁铁一（26），左上平行磁铁一（28），左下平行磁铁一（29），方形磁铁一（32）和方形磁铁二（33）；所述夹紧装置通过右上平行磁铁一（25），右下平行磁铁一（26），左上平行磁铁一（28），左下平行磁铁一（29），分别将焊接工件上下方向进行夹紧，当焊接工件厚度不同时，通过螺栓进行调节；所述方形磁铁一（32）和方形磁铁二（33）设置在右上平行磁铁一（25）、右下平行磁铁一（26）、左上平行磁铁一（28）、左下平行磁铁一（29）之间，方形磁铁一（32）和方形磁铁二（33）通过右弹簧（30）和左弹簧（31）将焊接工件进行左右挤压压紧；所述焊接工件包括待加工工件一（34）和待加工工件二（35）。
2. 根据权利要求1所述的用于焊接异种材料的三激光束流水线装置，其特征在于，所述送气装置包括气瓶（20）和与所述气瓶（20）连接的送气管（22）；所述矩形板（24）设置在最底部，为整体提供基础支撑；所述H型板包括H型板一（10）和H型板二（11）； H型板二（11）上设有倾斜激光头（2）和侧激光头（3），H型板一（10）设有垂直激光头（1）。
3.根据权利要求1所述的用于焊接异种材料的三激光束流水线装置，其特征在于，所述平行导轨（27）实现焊接工件匀速移动，移动速度可调，适用于生产线、流水线的快速焊接；通过控制工件的移动速度，可调整焊接速度。
4.根据权利要求1所述的用于焊接异种材料的三激光束流水线装置，其特征在于，所述总体温度显示屏（15）可显示激光焊接作业时的总体温度分布情况；所述操控端（17）用于调整垂直激光头（1），倾斜激光头（2）和侧激光头（3）的位置相对焊接工件的距离，进而实现对激光束焦距的调控，控制输出光斑尺寸；所述送丝装置包括送丝机（18）和与所述送丝机（18）连接的送丝管（21）。
5.根据权利要求1所述的用于焊接异种材料的三激光束流水线装置，其特征在于，所述的三激光束流水线装置整体为流水线结构，适用于流水线工作，在三激光头位置固定的情况下，工件进行流水线输送。
6.使用权利要求1-5任意一项所述的用于焊接异种材料的三激光束流水线装置的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法具体包括如下步骤：
步骤1：将焊接工件等距离装夹，拿砂纸清理焊接工件表面，通过右上平行磁铁一（25），右下平行磁铁一（26），左上平行磁铁一（28），左下平行磁铁一（29）分别将焊接工件上下夹紧、方形磁铁一（32）和方形磁铁二（33）通过右弹簧（30）和左弹簧（31）将焊接工件进行左右挤压压紧；
步骤2：待焊接工件固定好后，通过操控端（17）控制垂直激光头（1）、倾斜激光头（2）和侧激光头（3）前后移动，调整离焦量，控制激光束的光斑直径；控制全方位旋转机构一（12）使垂直激光头（1）向高熔点焊接工件偏移；控制全方位旋转机构二（13）调整倾斜激光头（2），位置对准两个焊接工件连接处；控制全方位旋转机构三（14），调整侧激光头（3），根据需求对准高熔点焊接工件或较厚焊接工件一侧，或两个焊接工件连接处；
步骤3：待焊接工件固定好后，通过视觉定位系统三（23），视觉定位系统一（36），视觉定位系统二（37）观测焊接工件具体位置，进而决定三激光束的发出与停止；在焊接工件即将到达指定位置前，先开启送气装置；
步骤4：完成焊接工件的焊接后，通过视觉定位系统三（23），视觉定位系统一（36），视觉定位系统二（37）进行监测，当焊接工件离开焊接位置时，三激光束停止，等待下一工件到来，以此循回往复。
7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述的焊接方法适用于相同厚度或不同厚度的异种合金，相同厚度的异种牌号的同种合金或不同厚度的同种牌号的同种合金的激光焊接；所述的垂直激光头（1）的功率为0~800W，倾斜激光头（2）的功率为0~1500W，侧激光头（3）的功率为0~800W，焊接工件的移动速度为5-500mm/s，焊件工件的厚度为0~30mm。
8. 根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述垂直激光头（1），倾斜激光头（2）和侧激光头（3）摆动焊接频率为0~500HZ；垂直激光头（1）可调范围为沿垂直方向0~60°，焦距偏移量为 0~3 mm；倾斜激光头（2）沿垂直方向可调角度范围为10~75°，侧激光头（3）沿垂直方向可调范围为10~75°。
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| GR01 | Patent grant | ||
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