CN117259986A - 一种自动化激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接设备技术领域，具体的说是一种自动化激光焊接装置，包括：激光射管、保护气管、加速管路、输入气管、三阶调速管、常压低速管、中压高速管、高压极速管、升压板；通过调整三阶调速管中常压低速管与中压高速管管口底转动连接的一对升压板的启闭，从而确保保护气体在从保护气管喷出至焊接表面时，其流量、流速等均处于合理范围内，从而确保保护气体能够改善焊接效果，而不会对焊接表面产生飞溅、气孔等不良影响。

Description

一种自动化激光焊接装置

技术领域

本发明涉及激光焊接设备技术领域，具体的说是一种自动化激光焊接装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，我国焊接技术也有了很大的进步，尤其是激光焊接技术以其变形小、热影响区窄、焊接效率高、残余应力低等优势受到了各行各业的认可和广泛的应用，为我国制造业、电子行业、 生物医学等领域都做出了极大的贡献。

激光焊接根据激光焊接头上的激光聚焦后，光斑上功率密度的区别分为传热焊和深熔焊。其中，在激光深熔焊的工作过程中，工件的金属表面在高功率密度激光的作用下在极短的时间内/>升高到沸点，使金属熔化和汽化；金属蒸汽迅速逸出对熔化的液态金属产生附加压力，使熔池金属表面向下凹陷，同时向坑外飞出的金属蒸汽将熔化的金属挤向熔池四周，形成小孔，直至光束能量所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡，工件表面形成一个深度稳定的孔，从而完成焊接。

在工件表面受热熔化、汽化形成深熔小孔时，孔中的金属蒸汽会与激光发生相互作用形成等离子体，等离子体会降低金属材料对激光的吸收率，使得激光的能量利用率降低；此外等离子体强烈时还可能对激光产生负透镜效应，严重影响激光的聚焦效果。为避免等离子体对焊接效果产生不良影响，通常会在激光焊接头一侧安装保护气体喷嘴，通过向工件表面喷射氦气、氩气等保护气体来驱离熔池上方的等离子体；然而，受限于喷嘴的喷射角度、流量控制等原因，其喷出的保护气体难以覆盖到足够大面积的焊接表面，因此对等离子体的驱散效果不甚理想，在对圆形等平面封闭图形焊缝进行处理时，甚至会由于气流的方向和大小控制问题，导致焊接表面产生湍流，对熔池造成损坏，从而使得焊接过程难以稳定进行。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明提出了一种自动化激光焊接装置。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种自动化激光焊接装置，包括：

焊接底座；

驱动装置，所述驱动装置安装在焊接底座上，用于根据焊接需求对激光焊接位置进行调整；

焊接头，所述焊接头固定安装于驱动装置的移动端;

还包括：

激光射管，所述激光射管竖直向下，固定连接在焊接头下方的激光射出位置；

保护气管，所述保护气管固定连接在焊接头下方，所述保护气管与激光射管位于同一中轴线位置，且保护气管内径大于激光射管外径。

优选的，所述保护气管包括：

加速管路，所述加速管路内壁为螺旋向下的凸起结构；

输入气管，所述输入气管一端与焊接头内的输入风机相连，另一端伸入加速管路内，且所述输入气管在加速管路内的保护气体输出位置靠近加速管路管壁边缘；

三阶调速管，所述三阶调速管固定连接在加速管路下端，所述三阶调速管为横截面逐渐缩小的方型管；所述三阶调速管根据输出风速的不同，自上而下分为常压低速管、中压高速管与高压极速管，所述常压低速管与中压高速管管口底部的管壁处均转动连接有升压板。

优选的，所述输入气管为两个，所述两个输入气管分别向加速管路内输入氦气与氩气，所述输入气管输入氦气与氩气的比例根据焊接需求进行调整。

优选的，所述激光射管外缘固定连接有与保护气管末端相齐的延长保护管，所述延长保护管用于避免激光与保护气体过早接触。

优选的，所述常压低速管与中压高速管侧壁内部开设有供升压板转轴转动的中空槽，所述升压板转轴与升压板固定连接且伸入中空槽内部分套设固定有导向杆，所述导向杆由相对磁导率较强的铁磁性材料制成，所述中空槽位于其转向行程上的两侧壁上均固定连接有相对面磁性相反的电磁铁。

优选的，所述三阶调速管的常压低速管与中压高速管内侧壁底部开设有嵌合槽，所述嵌合槽深度、形状均与相应位置升压板的厚度、形状相同。

优选的，所述三阶调速管的各级管路之间通过连接支架相连，所述连接支架中轴线与相近升压板的闭合缝隙相重合，所述连接支架上端由具有密封功能的橡胶材料制成。

优选的，所述高压极速管的外管壁呈厚度自下而上呈逐渐增加再逐渐减小的凸起状。

优选的，所述焊接头下端固定连接有内径大于回收气管最大外径的回收气管，所述回收气管长度小于保护气管长度。

优选的，所述常压低速管侧壁底端固定连接有方型防风管，所述防风管长度与中压高速管、高压极速管长度之和相同。

本发明的有益效果如下：

1. 通过将输入气管在加速管路内的保护气体输出位置设置为靠近加速管路管壁边缘，使得保护气体在加速管路内能够获得更好的加速效果，若保护气体为两种气体的混合气体，螺旋状的加速轨道也能通过离心作用，使得两种混合气体在加速管路内迅速进行充分混合。

2.根据焊接参数，调整输入风机的输出功率以及三阶调速管中常压低速管与中压高速管管口底转动连接的一对升压板的启闭，从而确保保护气体在从保护气管喷出至焊接表面时，其流量、流速等均处于合理范围内，从而确保保护气体能够改善焊接效果，而不会对焊接表面产生飞溅、气孔等不良影响。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的焊接头及其相关部分的立体结构示意图；

图3是本发明的保护气管的整体结构剖视图；

图4是本发明的三阶调速管的整体结构剖视图；

图5是本发明升压板转轴与三阶调速管管壁配合处的剖视图；

图6是本发明的图4中A处的放大图。

图中：1、焊接底座；2、驱动装置；3、焊接头；4、激光射管；5、保护气管；6、加速管路；7、输入气管；8、三阶调速管；9、常压低速管；10、中压高速管；11、高压极速管；12、升压板；13、延长保护管；14、升压板转轴；15、中空槽；16、导向杆；17、电磁铁；18、嵌合槽；19、连接支架；20、回收气管；21、防风管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合将结合说明书附图以及具体的实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，本发明实施例提供一种自动化激光焊接装置，包括：

焊接底座1；

驱动装置2，所述驱动装置2安装在焊接底座1上，用于根据焊接需求对激光焊接位置进行调整；

焊接头3，所述焊接头3固定安装于驱动装置2的移动端;

还包括：

激光射管4，所述激光射管4竖直向下，固定连接在焊接头3下方的激光射出位置；

保护气管5，所述保护气管5固定连接在焊接头3下方，所述保护气管5与激光射管4位于同一中轴线位置，且保护气管5内径大于激光射管4外径。

作为本发明的一种实施方式，所述保护气管5包括：

加速管路6，所述加速管路6内壁为螺旋向下的凸起结构；

输入气管7，所述输入气管7一端与焊接头3内的输入风机相连，另一端伸入加速管路6内，且所述输入气管7在加速管路6内的保护气体输出位置靠近加速管路6管壁边缘；

三阶调速管8，所述三阶调速管8固定连接在加速管路6下端，所述三阶调速管8为横截面逐渐缩小的方型管；所述三阶调速管8根据输出风速的不同，自上而下分为常压低速管9、中压高速管10与高压极速管11，所述常压低速管9与中压高速管10管口底部的管壁处均转动连接有升压板12。

作为本发明的一种实施方式，所述输入气管7为两个，所述两个输入气管7分别向加速管路6内输入氦气与氩气，所述输入气管7输入氦气与氩气的比例根据焊接需求进行调整。

作为本发明的一种实施方式，所述激光射管4外缘固定连接有与保护气管5末端相齐的延长保护管13，所述延长保护管13用于避免激光与保护气体过早接触。

在将待焊接的工件放置在焊接底座1上，准备进行激光焊接之前，首先，检查焊接装置的冷却系统是否正常工作、相连的保护气瓶的连通供应是否正常，在检查完成后，启动安装在焊接底座1上的驱动装置2，驱动装置2的移动端带动与其固定连接的焊接头3在焊接底座1上方进行移动，待移动至设定的焊接位置后，控制系统启动焊接头3，焊接激光随即射出，并沿激光射管4及与之相连的延长保护管13照射至焊接位置对工件进行焊接；在焊接头3发射焊接激光之前，固定连接在焊接头3下方的保护气管5提前启动，向焊接位置喷射保护气体，以确保在焊接激光进行焊接时，其焊接表面能够存留足够的保护气体，从而改善激光焊接的焊接效果。在保护气体通过保护气管5向焊接表面喷射保护气体的过程中，首先，工作人员需根据本次焊接工件的具体工况来确定所需要使用的保护气体组成，在气体组成确定后，保护气体从对应输入气管7内，借由输入风机作用喷入加速管路6内，在通过加速管路6螺旋向下凸出内壁进行离心加速后，保护气体离开加速管路6进入三阶调速管8，并在三阶调速管8内完成最后的加速，最终喷出，喷至焊接激光作用的工件焊接表面；本申请中，通过将输入气管7在加速管路6内的保护气体输出位置设置为靠近加速管路6管壁边缘，使得保护气体在加速管路6内能够获得更好的加速效果，若保护气体为两种气体的混合气体，螺旋状的加速轨道也能通过离心作用，使得两种混合气体在加速管路6内迅速进行充分混合；

在进行激光焊接时，由于焊接材料、焊缝形状的不同，焊接所需要的激光功率密度、焊接速度等也不同，因此，所通入的保护气体的输入流量、出口流速等也需进行相应调整，本申请中，三阶调速管8为横截面逐渐缩小的方型管，控制系统在接收到本次焊接的具体工作参数后，可根据焊接参数，调整输入风机的输出功率以及三阶调速管8中常压低速管9与中压高速管10管口底转动连接的一对升压板12的启闭，从而确保保护气体在从保护气管5喷出至焊接表面时，其流量、流速等均处于合理范围内，从而确保保护气体能够改善焊接效果，而不会对焊接表面产生飞溅、气孔等不良影响。

作为本发明的一种实施方式，所述常压低速管9与中压高速管10侧壁内部开设有供升压板转轴14转动的中空槽15，所述升压板转轴14与升压板12固定连接且伸入中空槽15内部分套设固定有导向杆16，所述导向杆16由相对磁导率较强的铁磁性材料制成，所述中空槽15位于其转向行程上的两侧壁上均固定连接相对面磁性相反的电磁铁17。

作为本发明的一种实施方式，所述三阶调速管8的常压低速管9与中压高速管10内侧壁底部开设有嵌合槽18，所述嵌合槽18深度、形状均与相应位置升压板12的厚度、形状相同。

作为本发明的一种实施方式，所述三阶调速管8的各级管路之间通过连接支架19相连，所述连接支架19中轴线与相近升压板12的闭合缝隙相重合，所述连接支架19上端由具有密封功能的橡胶材料制成。

工作时，为使得常压低速管9与中压高速管10内侧壁底部的升压板12能够迅速响应控制系统发出的指令，在其侧壁内部开设了供升压板转轴14转动的中空槽15，升压板转轴14位于中空槽15内的部分还固定套设有由铁、镍、锰等材料或其合金制成的具有强磁性的导向杆16，并在导向杆16的转动行程两端的对应侧壁上固定连接有由控制系统控制通断电的相对面磁性相反的电磁铁17，通过改变两电磁铁17的电流流向，来改变两者的相对导向杆16的磁极，以常压低速管9上的升压板12为例，在需要打开升压板12时，水平位置的电磁铁17对导向杆16产生磁斥作用，竖直位置的电磁铁17对导向杆16产生磁吸作用，使得导向杆16在两电磁铁17的综合作用下迅速移动至竖直位置，从而带动与之固定连接的升压板12转动并伸入管内侧壁与其厚度、形状相同的嵌合槽18内，从而打开常压低速管9的开口，且不对保护气体的喷出造成阻碍；在需要关闭升压板12时，控制系统改变流入两电磁铁17的电流方向，使得两电磁铁17相对面的磁极产生改变，从而使得导向杆16在磁性作用下迅速移动至竖直位置，从而带动常压低速管9上的升压板12转动至中压高速管10上的连接支架19上，从而实现了对常压低速管9管口的迅速关闭；进一步的，将连接支架19上端通过具有密封功能的橡胶材料制成，从而使得常压低速管9的两升压板12关闭后，关闭缝隙刚好被中压高速管10的连接支架19密封，从而更好地实现了常压低速管9上升压板12对管口的封闭效果

作为本发明的一种实施方式，所述高压极速管11的外管壁呈厚度自下而上呈逐渐增加再逐渐减小的凸起状。

工作时，当焊接过程中所需的激光的功率密度较强时，强烈激光在工件表面作业所产生的金属蒸汽的量也会迅速增加，高功率密度的激光电离金属蒸汽在焊接表面产生的等离子体也会迅速增加，此时需要保护气体具有较高的风速，来对等离子体进行快速、有力的吹离；为此，控制系统将三阶调速管8中常压低速管9与中压高速管10的升压板12均调整为处于关闭状态，使得保护气体离开加速管路6，进入三阶调速管8后，将随着通过区域水平横截面积的减小，逐级经历常压低速管9、中亚高速管和高压极速管11的三级加速，而在从横截面积最小的高压极速管11口吹出时，高压极速管11的外管壁呈厚度自下而上呈逐渐增加再逐渐减小的凸起状结构，会将周围的气流一同吸入保护气体内，从而进一步提高从高压极速管11管口喷出的保护气体的流速，从而实现对焊接表面大量等离子体强有力的驱离效果。

作为本发明的一种实施方式，所述焊接头3下端固定连接有内径大于回收气管20最大外径的回收气管20，所述回收气管20长度小于保护气管5长度。

作为本发明的一种实施方式，所述常压低速管9侧壁底端固定连接有方型防风管21，所述防风管21长度与中压高速管10、高压极速管11长度之和相同。

工作时，在激光焊接的过程中，不可避免会产生焊接废气，且在焊接部位焊接完成后，喷射在该位置处用于驱离等离子体的保护气体也将在焊接部位向四周逸散，若不对其进行回收处理，则将会造成环境污染，若被工作人员不慎吸入，甚至可能会对工作人员的身体状态造成不良影响；为此，在焊接头3下端固定连接有内径大于回收气管20最大外径的回收气管20，通过与回收气管20相连的抽风机，对焊接过程中产生的废气进行回收，从而提高了装置的环保程度；进一步的，将所述回收气管20长度设置为小于保护气管5长度，且在常压低速管9侧壁底端固定连接有长度与中压高速管10、高压极速管11长度之和相同的方型防风管21，从而使得保护气体在从三阶调速管8内喷出后，在激光焊接工件的过程中，仍能够拥有充足的时间进行发挥保护气体的作用，来对等离子体以及焊接表面的空气进行吹离，而不会在保护气体尚未充分其作用的情况下即被回收气管20所回收，从而既提高了装置的环保程度，又确保了装置的焊接效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和显著优点，本领域技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施方式的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可能会为适应不同使用环境以及客户需求进行多种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明的保护范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种自动化激光焊接装置，包括：

焊接底座（1）；

驱动装置（2），所述驱动装置（2）安装在焊接底座（1）上，用于根据焊接需求对激光焊接位置进行调整；

焊接头（3），所述焊接头（3）固定安装于驱动装置（2）的移动端;

其特征在于，还包括：

激光射管（4），所述激光射管（4）竖直向下，固定连接在焊接头（3）下方的激光射出位置；

保护气管（5），所述保护气管（5）固定连接在焊接头（3）下方，所述保护气管（5）与激光射管（4）位于同一中轴线位置，且保护气管（5）内径大于激光射管（4）外径。

2.根据权利要求1所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述保护气管（5）包括：

加速管路（6），所述加速管路（6）内壁为螺旋向下的凸起结构；

输入气管（7），所述输入气管（7）一端与焊接头（3）内的输入风机相连，另一端伸入加速管路（6）内，且所述输入气管（7）在加速管路（6）内的保护气体输出位置靠近加速管路（6）管壁边缘；

三阶调速管（8），所述三阶调速管（8）固定连接在加速管路（6）下端，所述三阶调速管（8）为横截面逐渐缩小的方型管；所述三阶调速管（8）根据输出风速的不同，自上而下分为常压低速管（9）、中压高速管（10）与高压极速管（11），所述常压低速管（9）与中压高速管（10）管口底部的管壁处均转动连接有升压板（12）。

3.根据权利要求2所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述输入气管（7）为两个，所述两个输入气管（7）分别向加速管路（6）内输入氦气与氩气，所述输入气管（7）输入氦气与氩气的比例根据焊接需求进行调整。

4.根据权利要求3所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述激光射管（4）外缘固定连接有与保护气管（5）末端相齐的延长保护管（13），所述延长保护管（13）用于避免激光与保护气体过早接触。

5.根据权利要求2所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述常压低速管（9）与中压高速管（10）侧壁内部开设有供升压板转轴（14）转动的中空槽（15），所述升压板转轴（14）与升压板（12）固定连接且伸入中空槽（15）内部分套设固定有导向杆（16），所述导向杆（16）由相对磁导率较强的铁磁性材料制成，所述中空槽（15）位于其转向行程上的两侧壁上均固定连接有相对面磁性相反的电磁铁（17）。

6.根据权利要求5所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述三阶调速管（8）的常压低速管（9）与中压高速管（10）内侧壁底部开设有嵌合槽（18），所述嵌合槽（18）深度、形状均与相应位置升压板（12）的厚度、形状相同。

7.根据权利要求6所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述三阶调速管（8）的各级管路之间通过连接支架（19）相连，所述连接支架（19）中轴线与相近升压板（12）的闭合缝隙相重合，所述连接支架（19）上端由具有密封功能的橡胶材料制成。

8.根据权利要求7所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述高压极速管（11）的外管壁呈厚度自下而上呈逐渐增加再逐渐减小的凸起状。

9.根据权利要求8所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述焊接头（3）下端固定连接有内径大于回收气管（20）最大外径的回收气管（20），所述回收气管（20）长度小于保护气管（5）长度。

10.根据权利要求9所述的一种自动化激光焊接装置，其特征在于：所述常压低速管（9）侧壁底端固定连接有方型防风管（21），所述防风管（21）长度与中压高速管（10）、高压极速管（11）长度之和相同。