CN117840614B - 基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法，该装置包括控制系统、激光焊接系统、光纤‑半导体激光束控制系统、焊丝选型‑送丝系统。根据母材‑焊丝型号‑接头强度匹配关系，控制系统反馈焊丝选型信号至焊丝选型‑送丝系统，送丝机与焊丝输出装置将选型焊丝传输至焊枪。光斑尺寸较大的半导体激光束在前，实施半导体激光‑填丝浅层熔覆，将改性纳米焊丝熔覆于焊缝表面，填平焊件表面间隙；光纤激光束在后，完成基于纳米焊丝浅层熔覆的激光改性焊接。本发明能够实现焊丝快速选型与输出，节省焊丝装/拆操作时间，并且解决传统激光填丝焊接对中厚板焊接结构间隙敏感性高、焊接过程熔滴过渡稳定性差等问题。

Description

基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体是涉及基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法。

背景技术

激光焊接具有能量密度高、热输入小、焊接变形小等优点。中厚板结构的激光深熔焊接所采用的激光热源一般为光斑直径小、能量密度集中的光纤激光或碟片激光，目前仍然存在桥接能力差、间隙适应性不足等问题，难以应用于铝合金中厚板结构的焊接。

激光填丝焊接、激光-电弧复合焊接通过引入填充金属、外加辅助焊接热源等措施，在一定程度上可以提升间隙适应性、改善焊缝成形质量。然而，焊丝的填入使得激光焊接过程光-丝-母材之间的相互作用复杂，中厚板铝合金结构激光填丝焊接尚且存在熔滴过渡稳定性差、焊接表面缺陷多等问题亟待解决。激光-电弧复合焊接则需要采用较高的电弧焊接热输入才能保证熔滴过渡稳定性，但与此同时增加了焊缝深宽比，加剧了热影响区软化现象，导致焊接接头综合力学性能下降。因此，激光填丝焊、激光-电弧复合焊仍然难以应用于中厚板铝合金结构件的焊接。

与大功率光纤激光热源、碟片激光热源相比，半导体激光热源的光斑直径大，焊接过程呈热导焊模式，不存在金属汽化现象，焊接过程十分稳定。采用半导体激光热源熔化焊丝，可以极大程度地避免母材/丝材汽化行为对熔滴过渡行为的负面影响，保证丝材金属可以稳定的填入焊缝。另一方面，焊丝型号的选择对于中厚板铝合金焊接接头质量而言至关重要，合理的焊丝型号可以有效改善焊接过程冶金行为，提高焊接接头性能。如何结合焊接结构-间隙特征，智能匹配合适的焊丝，并使焊丝稳定、连续的进入焊缝，获得高强度的铝合金中厚板焊接接头，仍然是激光填丝焊接技术需要解决的问题。

发明内容

针对上述问题，提供基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，能够有效解决现有激光填丝焊接对间隙敏感性高、熔滴过渡稳定性差、熔深波动大、焊接接头性能不足等问题。

为解决现有技术问题，本发明提供基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，包括通过连接线与控制系统连接的激光焊接系统、光纤-半导体激光控制系统和焊丝选型-送丝系统，激光焊接系统包括光纤-半导体激光焊接头；光纤-半导体激光控制系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中相互独立的半导体激光传输系统和光纤激光传输系统，半导体激光传输系统和光纤激光传输系统能够分别自光纤-半导体激光焊接头中向下输出平行的半导体激光束和光纤激光束。

优选地，焊丝选型-送丝系统包括送丝机、焊丝盘、焊丝输出装置、焊丝枪和焊枪固定装置，焊丝盘至少有两个，焊丝盘设置在送丝机中；焊丝输出装置设置在送丝机的一侧，送丝机中所有的焊丝送入焊丝输出装置中由其选择送出单根焊丝；焊丝枪通过焊枪固定装置安装在光纤-半导体激光焊接头的一侧，焊丝输出装置与焊丝枪连接并在工作时向焊丝枪送出单根焊丝。

优选地，焊丝输出装置包括传送滚轮D、传动/准直滚轮E、传动/准直滚轮F，以及与焊丝盘数量相同且一一对应的选型机构，传送滚轮D具有两个且对称地设置在焊丝输出机构的出丝口出，两个传送滚轮D和焊丝枪之间设置有送丝管组；传动/准直滚轮E具有两个且设置在传送滚轮D的一侧；传动/准直滚轮F具有两个且设置在传动/准直滚轮E的一侧；选型机构包括传送滚轮A、定位滚轮B和传送滚轮C，传送滚轮A、定位滚轮B和传送滚轮C均具有两个，且依次设置在传动/准直滚轮F的一侧，两个传送滚轮C和两个传送滚轮D之间还设置导丝软管，焊丝脱离焊丝盘后依次经过传送滚轮A、定位滚轮B、传送滚轮C、导丝软管、传送滚轮D、传动/准直滚轮E、传动/准直滚轮F和送丝管组后经由焊丝枪送出熔融。

优选地，半导体激光传输系统和光纤激光传输系统之间还设置有用于调节半导体激光束和光纤激光束间距的调距机构，调节机构与控制系统信号连接；半导体激光传输系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中的半导体激光准直镜片、半导体激光反射镜片B和半导体激光镜片同步定位装置，半导体激光镜片同步定位装置中自上向下设置有半导体激光反射镜片A和半导体激光聚焦镜片；半导体激光镜片同步定位装置维持半导体激光反射镜片A与半导体激光聚焦镜片位于同一中心线；光纤激光传输系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中的光纤激光准直镜片、光纤激光反射镜片B和光纤激光镜片同步定位装置，光纤激光镜片同步定位装置中自上向下设置有光纤激光反射镜片A和光纤激光聚焦镜片；光纤激光镜片同步定位装置维持光纤激光反射镜片A与光纤激光聚焦镜片位于同一中心线；调距机构设置在半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置之间。

优选地，半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置相向或背向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中；调距机构包括第一丝杆、滑动座、第一连杆和第二连杆，第一丝杆转动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，第一丝杆沿纵向延伸；滑动座沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，第一丝杆贯穿滑动座并与螺纹连接；第一连杆的两端分别与滑动座和半导体激光镜片同步定位装置转动连接；第二连杆的两端分别与滑动座和光纤激光镜片同步定位装置转动连接。

优选地，调距机构还包括滑动板和第二丝杆，滑动板沿水平方向延伸且沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中；第一丝杆中空，第二丝杆同轴转动地设置在第一丝杆中，第二丝杆的下段贯穿滑动板并与其螺纹连接；半导体激光镜片同步定位装置包括第一上座体和第一下座体，第一上座体沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，半导体激光反射镜片A倾斜地设置在第一上座体中；第一下座体沿纵向滑动地设置在第一上座体的底部，半导体激光聚焦镜片设置在第一下座体中，第一下座体的外侧设置有第一卡槽，滑动板上设置有第一滑动槽，第一卡槽与第一滑动槽的边沿滑动配合。

优选地，光纤激光镜片同步定位装置包括第二上座体和第二下座体，第二上座体沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，光纤激光反射镜片A倾斜地设置在第二上座体中；第二下座体沿纵向滑动地设置在第二上座体的底部，光纤激光聚焦镜片设置在第二下座体中，第二下座体的外侧设置有第二卡槽，滑动板上设置有第二滑动槽，第二卡槽与第二滑动槽的边沿滑动配合。

优选地，送丝管组包括内长管、外长管和保持架，外长管的两端分别与焊丝输出装置和焊丝枪连接；内长管等间距地设置在外长管中，相邻的内长管之间形成安装口，外长管的内圆周面和内长管的外圆周面之间形成气流通道，气流能够溢入到安装口中；保持架设置在相连的内长管之间，焊丝自焊丝输出装置送出后再内长管中移动至焊丝枪，保持架上设置有可供空气穿过的气孔。

优选地，保持架中还设置有旋转管，旋转管同轴转动地设置在安装口中，旋转管的外圆周面上还设置有沿其周向布置的弧形导流叶片，旋转管的两端弯折并抵接在相邻内长管的端面，旋转管的外圆周面上还开设在沿其周向布置的气槽，气槽沿旋转管的轴线方向延伸。

本发明还提供基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接方法，采用基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，焊接方法包括以下步骤：

步骤一，安装焊丝盘，将焊丝末端安装于焊丝输出装置；

步骤二，将焊件固定于焊接工装平台，根据焊缝位置调整光纤-半导体激光焊接头空间位置，将焊枪调整至合适的工作高度及角度；

步骤三，在控制系统中输入母材牌号、焊丝型号及预期接头强度系数，控制系统根据母材-焊丝型号-接头强度匹配关系输出焊丝选型信号至焊丝选型-送丝系统；

步骤四，控制系统开启焊丝输出装置电源控制器，焊丝输出装置将选定焊丝传送至焊枪，未选用的焊丝由对应的定位滚轮B固定；

步骤五，根据焊接需求，通过控制面板设置焊接路径、激光功率、焊接速度、送丝速度焊接参数；

步骤六，控制系统开启半导体激光器、光纤激光器、控制机器人末端移动至焊接起始位置，开始光纤-半导体激光改性焊接作业，光斑尺寸大的半导体激光束实施半导体激光-填丝浅层熔覆，将改性纳米焊丝熔覆于焊缝表面，填平焊件表面间隙；后置光斑尺寸小的光纤激光束开展激光深熔焊接，以完成基于纳米焊丝浅层熔覆的光纤-半导体激光改性焊接。

本申请相比较于现有技术的有益效果是：

本发明提供的基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置及方法包括成控制系统、激光焊接系统、光纤-半导体激光束控制系统、焊丝选型-送丝系统，能够解决了现有激光填丝焊接技术对间隙敏感性高、熔滴过渡稳定性差、熔深波动大、焊接接头性能不足等问题，加工质量不稳定等问题，且自动化程度高、可操作性好，能够实现焊丝的快速选型与输出，大大提高了激光焊接装备对不同尺寸、牌号母材焊接的适应性，同时极大程度地缩短了不同焊丝安装与拆卸的操作时间，对实现中厚板焊接结构的高效高质量焊接具有重要意义。

附图说明

图1是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置的示意图。

图2是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中光纤-半导体激光焊接头的示意图。

图3是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中焊丝选型-送丝系统的示意图。

图4是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中光纤-半导体激光焊接头的立体图。

图5是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中光纤-半导体激光焊接头的剖视图。

图6是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置的局部立体示意图。

图7是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置的局部立体分解图。

图8是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中送丝管组的示意图。

图9是基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置中送丝管组的立体剖视图。

图中标号为： 11、总控制器；12、控制柜；13、连接线；14、焊丝输出信号供给装置；；21、机器人；22、半导体激光器；23、光纤激光器；24、半导体激光传输光纤；25、光纤激光传输光纤；26、夹具；27、光纤-半导体激光焊接头；；311、半导体激光准直镜片；313、半导体激光反射镜片A；314、半导体激光反射镜片B；315、半导体激光聚集镜片；317、半导体激光束；3181、第一上座体；3182、第一下座体；321、光纤激光准直镜片；323、光纤激光反射镜片A；324、光纤激光反射镜片B；325、光纤激光聚集镜片；327、光纤激光束；3281、第二上座体；3282、第二下座体；41、焊丝；42、送丝机；43、焊丝盘；431、焊丝盘A；432、焊丝盘B；433、焊丝盘C；434、焊丝盘D；44、焊丝输出装置；441、传送滚轮A；442、定位滚轮B；443、传送滚轮C；444、传送滚轮D；445、传送/准直滚轮E；446、传动/准直滚轮F；45、焊丝枪；46、焊枪固定装置；47、导丝软管；481、内长管；482、外长管；483、保持架；4831、气孔；484、旋转管；4841、弧形导流叶片；4842、气槽；5、焊件；6、焊接工装平台；61、第一丝杆；62、滑动座；63、第一连杆；64、第二连杆；65、滑动板；66、第二丝杆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本申请提供：

基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，包括通过连接线13与控制系统连接的激光焊接系统、光纤-半导体激光控制系统和焊丝选型-送丝系统，激光焊接系统包括光纤-半导体激光焊接头27；光纤-半导体激光控制系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头27中相互独立的半导体激光传输系统和光纤激光传输系统，半导体激光传输系统和光纤激光传输系统能够分别自光纤-半导体激光焊接头27中向下输出平行的半导体激光束317和光纤激光束327。

焊接装置还包括总控制器11、控制柜12、焊丝输出信号供给装置14；

激光焊接系统还包括：机器人21、半导体激光器22、光纤激光器23、半导体激光传输光纤24、光纤激光传输光纤25和夹具26。

所述激光焊接系统用于输出光纤-半导体激光；所述光纤-半导体激光焊接头27通过夹具26安装于机器人21末端，通过总控制器11实现光纤-半导体激光焊接头27空间位置的调整，控制系统通过信号连接线控制光纤激光束327与半导体激光束317输出，对焊件5进行焊接。

本实施例中，半导体激光器22可输出的激光功率范围为0~4000W，光纤激光器23可输出的激光功率范围为0~6000W。

如图1和图3所示，焊丝选型-送丝系统包括送丝机42、焊丝盘43、焊丝输出装置44、焊丝枪45和焊枪固定装置46，焊丝盘43至少有两个，焊丝盘43设置在送丝机42中；焊丝输出装置44设置在送丝机42的一侧，送丝机42中所有的焊丝送入焊丝输出装置44中由其选择送出单根焊丝；焊丝枪45通过焊枪固定装置46安装在光纤-半导体激光焊接头27的一侧，焊丝输出装置44与焊丝枪45连接并在工作时向焊丝枪45送出单根焊丝。

所述送丝机42与焊丝输出装置44可安装4盘成分不同的焊丝A-D；四种焊丝41均为纳米焊丝，用于焊接过程改性，提高焊接接头强度。

控制系统通过信号连接线将送丝信号传递给焊丝输出装置44电源控制器，送丝信号包括焊丝选型及送丝速度信号。

所述焊丝选型-送丝系统调取控制系统中的母材-焊丝型号-接头强度匹配关系，控制系统反馈焊丝选型信号至焊丝选型-送丝系统，焊丝选型-送丝系统根据反馈信号将选型后的焊丝传输至焊丝枪45。

如图3所示，焊丝输出装置44包括传送滚轮D444、传动/准直滚轮E445、传动/准直滚轮F446，以及与焊丝盘43数量相同且一一对应的选型机构，传送滚轮D444具有两个且对称地设置在焊丝输出机构的出丝口出，两个传送滚轮D444和焊丝枪45之间设置有送丝管组；传动/准直滚轮E445具有两个且设置在传送滚轮D444的一侧；传动/准直滚轮F446具有两个且设置在传动/准直滚轮E445的一侧；选型机构包括传送滚轮A441、定位滚轮B442和传送滚轮C443，传送滚轮A441、定位滚轮B442和传送滚轮C443均具有两个，且依次设置在传动/准直滚轮F446的一侧，两个传送滚轮C443和两个传送滚轮D444之间还设置导丝软管47，焊丝脱离焊丝盘43后依次经过传送滚轮A441、定位滚轮B442、传送滚轮C443、导丝软管47、传送滚轮D444、传动/准直滚轮E445、传动/准直滚轮F446和送丝管组后经由焊丝枪45送出熔融。

所述传送滚轮A441、定位滚轮B442、传送滚轮C443、传送滚轮D444、传动/准直滚轮E445、传动/准直滚轮F446不仅可用于将选定的焊丝传输至焊丝枪45，还可用于将焊丝回抽至定位滚轮B442处，实现不同焊丝41的调用。

所述送丝机42与焊丝输出装置44为联动系统，传送滚轮A441用于固定焊丝，传送滚轮B用于传送焊丝；送丝机42供给焊丝盘A，则对应焊丝周围的传送滚轮A441开始传送焊丝，其余焊丝周围的定位滚轮B442用于固定焊丝，传送滚轮C443与传送滚轮D444用于传送焊丝，传动/准直滚轮E445与传动/准直滚轮F446用于准直并传送焊丝；控制系统将焊丝信号传送给焊丝输出装置44电源控制器，送丝机42与焊丝输出装置44启动选用焊丝，选用焊丝依次经过传送滚轮A441、定位滚轮B442、传送滚轮C443、导丝软管47、传送滚轮D444、传动/准直滚轮E445、传动/准直滚轮F446和送丝管组后到达焊丝枪45，保证选用焊丝通过焊丝输出装置44进入焊丝枪45，实施焊接作业；未选用的焊丝由对应的定位滚轮B442固定。

本实施例中，焊件5为尺寸为200mm×400mm×6mm的2219铝合金中厚板对接结构，其中，6mm为板材的厚度，400mm为焊缝的长度，无坡口，焊件5中间存在0.1-0.2mm的间隙。在其他实施例中，焊接结构可以为其他尺寸。

本实施例中，焊丝盘A 431为含0.5%TiC的ER2319焊丝、焊丝盘B 432为含1.0%TiC的ER2319焊丝、焊丝盘C 433为含1.5%TiC的ER2319焊丝、焊丝盘D 434为含2.0%TiC的ER2319焊丝，焊丝直径均为1.2mm。

控制系统反馈选定含1.5%TiC的ER2319焊丝，激光焊接工艺参数为：半导体激光功率为3000W，焊接速度为3m/min，送丝速度为4.5m/min，光纤激光功率为4000W，光纤激光光斑与半导体激光光斑之间的间距为10mm。焊接过程中，光斑尺寸较大的半导体激光束317在前，实施半导体激光-填丝浅层熔覆，将纳米焊丝41熔覆于焊缝表面，填平焊件5表面间隙。光斑尺寸较小的光纤激光束327在后，开展激光深熔焊接，完成基于纳米焊丝浅层熔覆的光纤-半导体激光改性焊接。

如图2、图4和图5所示，半导体激光传输系统31和光纤激光传输系统之间还设置有用于调节半导体激光束317和光纤激光束327间距的调距机构，调节机构与控制系统1信号连接；半导体激光传输系统31包括设置在光纤-半导体激光焊接头27中的半导体激光准直镜片311、半导体激光反射镜片B314和半导体激光镜片同步定位装置，半导体激光镜片同步定位装置中自上向下设置有半导体激光反射镜片A313和半导体激光聚焦镜片；半导体激光镜片同步定位装置维持半导体激光反射镜片A313与半导体激光聚焦镜片位于同一中心线；光纤激光传输系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头27中的光纤激光准直镜片321、光纤激光反射镜片B324和光纤激光镜片同步定位装置，光纤激光镜片同步定位装置中自上向下设置有光纤激光反射镜片A323和光纤激光聚焦镜片；光纤激光镜片同步定位装置维持光纤激光反射镜片A323与光纤激光聚焦镜片位于同一中心线；调距机构设置在半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置之间。

所述半导体激光准直镜片311、半导体激光聚焦镜片对激光束的透射率为99.9％。

所述半导体激光反射镜片A313、半导体激光反射镜片B314对激光束的反射率为99.9％。

所述光纤激光准直镜片321、光纤激光聚焦镜片对激光束的透射率为99.9％。

所述光纤激光反射镜片A323、光纤激光反射镜片B324对激光束的反射率为99.9％。

调距机构能够调节半导体激光束317和光纤激光束327的间距，使其适应不同尺寸和形状的工件。这种灵活性使得激光焊接头可以适用于各种焊接需求，无需更换不同型号的焊接头，提高了工作效率和灵活性。

如图5和图6所示，半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置相向或背向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中；调距机构包括第一丝杆61、滑动座62、第一连杆63和第二连杆64，第一丝杆61转动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中，第一丝杆61沿纵向延伸；滑动座62沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中，第一丝杆61贯穿滑动座62并与螺纹连接；第一连杆63的两端分别与滑动座62和半导体激光镜片同步定位装置转动连接；第二连杆64的两端分别与滑动座62和光纤激光镜片同步定位装置转动连接。

当需要调节半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置的间距时，相对光纤-半导体激光焊接头27旋转第一丝杆61，因第一丝杆61与滑动座62螺纹连接，而滑动座62和半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置之间通过第一连杆63和第二连杆64传动连接，以此使得滑动座62在沿竖直方向移动时，半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置的间距能够发生改变，进而能够调节半导体激光束317和光纤激光束327的间距。

如图5所示，调距机构还包括滑动板65和第二丝杆66，滑动板65沿水平方向延伸且沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中；第一丝杆61中空，第二丝杆66同轴转动地设置在第一丝杆61中，第二丝杆66的下段贯穿滑动板65并与其螺纹连接；半导体激光镜片同步定位装置包括第一上座体3181和第一下座体3182，第一上座体3181沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中，半导体激光反射镜片A313倾斜地设置在第一上座体3181中；第一下座体3182沿纵向滑动地设置在第一上座体3181的底部，半导体激光聚焦镜片设置在第一下座体3182中，第一下座体3182的外侧设置有第一卡槽，滑动板65上设置有第一滑动槽，第一卡槽与第一滑动槽的边沿滑动配合。

为调节半导体激光反射镜片A313和半导体激光聚焦镜片的间距，以便于调节半导体激光束317的聚焦点时，相对第一丝杆61旋转第二丝杆66，因滑动板65与第二丝杆66螺纹连接，使得滑动板65能够在光纤-半导体激光焊接头27中沿纵向移动，使得第一下座体3182相对第一上座体3181纵向移动，调节半导体激光反射镜片A313和半导体激光聚焦镜片的间距，以此调节半导体激光束317的聚焦点，同时因第一下座体3182滑动地设置在滑动板65的第一滑动槽中，因此不会妨碍半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置间距的调节操作。

如图5和图7所示，光纤激光镜片同步定位装置包括第二上座体3281和第二下座体3282，第二上座体3281沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头27中，光纤激光反射镜片A323倾斜地设置在第二上座体3281中；第二下座体3282沿纵向滑动地设置在第二上座体3281的底部，光纤激光聚焦镜片设置在第二下座体3282中，第二下座体3282的外侧设置有第二卡槽，滑动板65上设置有第二滑动槽，第二卡槽与第二滑动槽的边沿滑动配合。

为调节光纤激光反射镜片A323和光纤激光聚焦镜片的间距，以便于调节光纤激光束327的聚焦点时，相对第一丝杆61旋转第二丝杆66，因滑动板65与第二丝杆66螺纹连接，使得滑动板65能够在光纤-半导体激光焊接头27中沿纵向移动，使得第二下座体3282相对第而上座体纵向移动，调节光纤激光反射镜片A323和光纤激光聚焦镜片的间距，以此调节光纤激光束327的聚焦点，同时因第二下座体3282滑动地设置在滑动板65的第二滑动槽中，因此不会妨碍半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置间距的调节操作。

如图8和图9所示，送丝管组包括内长管481、外长管482和保持架483，外长管482的两端分别与焊丝输出装置44和焊丝枪45连接；内长管481等间距地设置在外长管482中，相邻的内长管481之间形成安装口，外长管482的内圆周面和内长管481的外圆周面之间形成气流通道，气流能够溢入到安装口中；保持架483设置在相连的内长管481之间，焊丝自焊丝输出装置44送出后再内长管481中移动至焊丝枪45，保持架483上设置有可供空气穿过的气孔4831。

因送丝机42将其内部安装好的焊丝穿过焊丝输出装置44后经送丝软管传输至焊件5上进行焊接工作。现有技术中，通常直接采用送丝软管的结构来进行送丝工作，焊丝与送丝软管的内壁产生滑动摩擦，会造成大量的焊丝摩擦后的粉末附着在送丝软管的内壁上，通过一段时间的积累，送丝软管内壁上附着的焊丝粉末易造成焊丝传送过程的堵塞，阻碍焊丝在送丝软管内的传送。

针对该申请中能够输送不同型号的焊丝，不同焊丝的头部会在送丝软管中会往复滑动，加剧了送丝通道的堵塞率。

减小焊丝41与送丝软管的摩擦力，通过气流引导焊丝保持在送丝软管的居中位置，避免摩擦。

通过向气流通道中注入具有一定压力的气体，使得气体通过气流通道溢入到安装口中，因安装口环绕焊丝41，气流对焊丝41的作用力能够将其维持在内长管481的居中位置，减小在选择焊丝41时，焊丝41与内长管481的摩擦力。

如图9所示，保持架483中还设置有旋转管484，旋转管484同轴转动地设置在安装口中，旋转管484的外圆周面上还设置有沿其周向布置的弧形导流叶片4841，旋转管484的两端弯折并抵接在相邻内长管481的端面，旋转管484的外圆周面上还开设在沿其周向布置的气槽4842，气槽4842沿旋转管484的轴线方向延伸。

当具有一定压力的空气被通入到气流通道中后，空气沿气流通道的长度方向冲击弧形导流叶片4841，使得弧形导流叶片4841的表面受到沿其轴线方向的作用力，进而使得弧形导流叶片4841带动旋转管484在安装口中旋转，而旋转管484上设置有气槽4842，进而使得气槽4842沿焊丝41的周向旋转，同时气流通道中的部分空气通过气槽4842进入安装口中，使得旋转的气流能够冲击焊丝41，进一步确保焊丝41位于内长管481的居中位置，减小摩擦。

基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接方法，采用基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，焊接方法包括以下步骤：

步骤一，安装焊丝盘43，将焊丝末端安装于焊丝输出装置44；

步骤二，将焊件5固定于焊接工装平台6，根据焊缝位置调整光纤-半导体激光焊接头27空间位置，将焊丝枪45调整至合适的工作高度及角度；

步骤三，在控制系统中输入母材牌号、焊丝型号及预期接头强度系数，控制系统根据母材-焊丝型号-接头强度匹配关系输出焊丝选型信号至焊丝选型-送丝系统；

步骤四，控制系统开启焊丝输出装置44电源控制器，焊丝输出装置44将选定焊丝传送至焊丝枪45，未选用的焊丝由对应的定位滚轮B442固定；

步骤五，根据焊接需求，通过控制面板设置焊接路径、激光功率、焊接速度、送丝速度焊接参数；

步骤六，控制系统开启半导体激光器22、光纤激光器23、控制机器人21末端移动至焊接起始位置，开始光纤-半导体激光改性焊接作业，光斑尺寸较大的半导体激光束317实施半导体激光-填丝浅层熔覆，将改性纳米焊丝熔覆于焊缝表面，填平焊件5表面间隙；后置光斑尺寸较小的光纤激光束327开展激光深熔焊接，以完成基于纳米焊丝浅层熔覆的光纤-半导体激光改性焊接。

步骤一中，安装焊丝盘A431、焊丝盘B432、焊丝盘C433、焊丝盘D434，并将焊丝末端安装于焊丝输出装置44，确保送丝过程顺畅。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，其特征在于，包括通过连接线与控制系统连接的激光焊接系统、光纤-半导体激光控制系统和焊丝选型-送丝系统，

激光焊接系统包括光纤-半导体激光焊接头；

光纤-半导体激光控制系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中相互独立的半导体激光传输系统和光纤激光传输系统，半导体激光传输系统和光纤激光传输系统能够分别自光纤-半导体激光焊接头中向下输出平行的半导体激光束和光纤激光束；

焊丝选型-送丝系统包括送丝机、焊丝盘、焊丝输出装置、焊丝枪和焊枪固定装置，

焊丝盘至少有两个，焊丝盘设置在送丝机中；

焊丝输出装置设置在送丝机的一侧，送丝机中所有的焊丝送入焊丝输出装置中由其选择送出单根焊丝；

焊丝枪通过焊枪固定装置安装在光纤-半导体激光焊接头的一侧，焊丝输出装置与焊丝枪连接并在工作时向焊丝枪送出单根焊丝；

焊丝输出装置包括传送滚轮D、传动/准直滚轮E、传动/准直滚轮F，以及与焊丝盘数量相同且一一对应的选型机构，

传送滚轮D具有两个且对称地设置在焊丝输出机构的出丝口处，两个传送滚轮D和焊丝枪之间设置有送丝管组；

传动/准直滚轮E具有两个且设置在传送滚轮D的一侧；

传动/准直滚轮F具有两个且设置在传动/准直滚轮E的一侧；

选型机构包括传送滚轮A、定位滚轮B和传送滚轮C，传送滚轮A、定位滚轮B和传送滚轮C均具有两个，且依次设置在传动/准直滚轮F的一侧，两个传送滚轮C和两个传送滚轮D之间还设置导丝软管，焊丝脱离焊丝盘后依次经过传送滚轮A、定位滚轮B、传送滚轮C、导丝软管、传送滚轮D、传动/准直滚轮E、传动/准直滚轮F和送丝管组后经由焊丝枪送出熔融；

半导体激光传输系统和光纤激光传输系统之间还设置有用于调节半导体激光束和光纤激光束间距的调距机构，调节机构与控制系统信号连接；

半导体激光传输系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中的半导体激光准直镜片、半导体激光反射镜片B和半导体激光镜片同步定位装置，半导体激光镜片同步定位装置中自上向下设置有半导体激光反射镜片A和半导体激光聚焦镜片；

半导体激光镜片同步定位装置维持半导体激光反射镜片A与半导体激光聚焦镜片位于同一中心线；

光纤激光传输系统包括设置在光纤-半导体激光焊接头中的光纤激光准直镜片、光纤激光反射镜片B和光纤激光镜片同步定位装置，光纤激光镜片同步定位装置中自上向下设置有光纤激光反射镜片A和光纤激光聚焦镜片；

光纤激光镜片同步定位装置维持光纤激光反射镜片A与光纤激光聚焦镜片位于同一中心线；

调距机构设置在半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置之间；

半导体激光镜片同步定位装置和光纤激光镜片同步定位装置相向或背向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中；调距机构包括第一丝杆、滑动座、第一连杆和第二连杆，

第一丝杆转动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，第一丝杆沿纵向延伸；

滑动座沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，第一丝杆贯穿滑动座并与螺纹连接；

第一连杆的两端分别与滑动座和半导体激光镜片同步定位装置转动连接；

第二连杆的两端分别与滑动座和光纤激光镜片同步定位装置转动连接；

调距机构还包括滑动板和第二丝杆，

滑动板沿水平方向延伸且沿纵向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中；

第一丝杆中空，第二丝杆同轴转动地设置在第一丝杆中，第二丝杆的下段贯穿滑动板并与其螺纹连接；

半导体激光镜片同步定位装置包括第一上座体和第一下座体，第一上座体沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，半导体激光反射镜片A倾斜地设置在第一上座体中；

第一下座体沿纵向滑动地设置在第一上座体的底部，半导体激光聚焦镜片设置在第一下座体中，第一下座体的外侧设置有第一卡槽，滑动板上设置有第一滑动槽，第一卡槽与第一滑动槽的边沿滑动配合。

2.根据权利要求1所述的基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，其特征在于，光纤激光镜片同步定位装置包括第二上座体和第二下座体，第二上座体沿水平方向滑动地设置在光纤-半导体激光焊接头中，光纤激光反射镜片A倾斜地设置在第二上座体中；

第二下座体沿纵向滑动地设置在第二上座体的底部，光纤激光聚焦镜片设置在第二下座体中，第二下座体的外侧设置有第二卡槽，滑动板上设置有第二滑动槽，第二卡槽与第二滑动槽的边沿滑动配合。

3.根据权利要求1所述的基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，其特征在于，送丝管组包括内长管、外长管和保持架，

外长管的两端分别与焊丝输出装置和焊丝枪连接；

内长管等间距地设置在外长管中，相邻的内长管之间形成安装口，外长管的内圆周面和内长管的外圆周面之间形成气流通道，气流能够溢入到安装口中；

保持架设置在相邻的内长管之间，焊丝自焊丝输出装置送出后在内长管中移动至焊丝枪，保持架上设置有可供空气穿过的气孔。

4.根据权利要求3所述的基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，其特征在于，保持架中还设置有旋转管，旋转管同轴转动地设置在安装口中，旋转管的外圆周面上还设置有沿其周向布置的弧形导流叶片，旋转管的两端弯折并抵接在相邻内长管的端面，旋转管的外圆周面上还开设在沿其周向布置的气槽，气槽沿旋转管的轴线方向延伸。

5.基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任意一项所述的基于纳米焊丝浅层熔覆的多波长激光改性焊接装置，焊接方法包括以下步骤：

步骤一，安装焊丝盘，将焊丝末端安装于焊丝输出装置；

步骤二，将焊件固定于焊接工装平台，根据焊缝位置调整光纤-半导体激光焊接头空间位置，将焊枪调整至合适的工作高度及角度；

步骤三，在控制系统中输入母材牌号、焊丝型号及预期接头强度系数，控制系统根据母材-焊丝型号-接头强度匹配关系输出焊丝选型信号至焊丝选型-送丝系统；

步骤四，控制系统开启焊丝输出装置电源控制器，焊丝输出装置将选定焊丝传送至焊枪；

步骤五，根据焊接需求，通过控制面板设置焊接路径、激光功率、焊接速度、送丝速度的焊接参数；

步骤六，控制系统开启半导体激光器、光纤激光器、控制机器人末端移动至焊接起始位置，开始光纤-半导体激光改性焊接作业，光斑尺寸大的半导体激光束实施半导体激光-填丝浅层熔覆，将改性纳米焊丝熔覆于焊缝表面，填平焊件表面间隙；后置光斑尺寸小的光纤激光束开展激光深熔焊接，以完成基于纳米焊丝浅层熔覆的光纤-半导体激光改性焊接。