CN218016410U - 一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，涉及一种轴座类工件焊接设备。提出了一种结构稳定、操作方便且焊接效果好，并可高效清除焊接后附着在焊道及侧壁上的焊渣的轴座窄间隙激光填丝焊接设备。包括工作台，用于夹持工件的三爪卡盘一、三爪卡盘二，所述工作台上还连接有激光焊接设备，所述激光焊接设备包括激光头支架、激光头、送气机构、送丝机构以及清渣刷。解决了窄间隙激光填丝焊后难以清渣，再次焊接时易产生层间未熔合、气孔、侧壁未熔合等缺陷，从而改善层间、侧壁的焊接质量。

Description

一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备

技术领域

本实用新型涉及一种轴座类工件焊接设备，尤其是一种轴座类窄间隙激光填丝焊接设备。

背景技术

在金属材料的焊接领域，特别是矿山机械、航空航天、核电、船舶、汽车制造等设备制造，存在着针对于大型中厚壁构件轴座类工件中环形焊缝的焊接。

目前，对于中厚板材的焊接主要有手工焊、埋弧焊和气体保护焊等方式，但常常会在焊缝区和热影响区产生晶粒粗大的情况。窄间隙激光填丝焊接技术和传统弧焊相比较，具有热影响区小，焊接变形较小，焊接效率高，甚至可以进一步的细化晶粒，达到提高接头力学性能的作用等特点，尤其在大厚板焊接中的优势更加明显。然而，对于轴座类工件进行焊接时，由于窄间隙激光填丝焊坡口较窄，焊接要求较为苛刻，对轴座类工件的窄间隙激光焊接设备尚未研发，且焊接后附着在焊道及侧壁的焊渣严重影响再次焊接时的焊接质量。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提出了一种结构稳定、操作方便且焊接效果好，并可高效清除焊接后附着在焊道及侧壁上的焊渣的轴座窄间隙激光填丝焊接设备。

本实用新型的技术方案为：所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备包括工作台1，用于夹持工件的三爪卡盘一5、三爪卡盘二6，所述工作台上还连接有激光焊接设备，所述激光焊接设备包括激光头支架、激光头10、送气机构11、送丝机构12以及清渣刷13；

所述激光头10固定连接在激光头支架上，通过所述激光头10向待焊接位置发出激光束14，所述送丝机构12设置于激光头10的一侧，通过送丝机构12将焊丝输送至待焊接位置；

所述送气机构11包括与保护气体连通的保护气管，通过保护气管向待焊接位置吹送保护气体，所述清渣刷13与激光头10相连接，并且清渣刷13与送丝机构12分处在激光头10的两侧。

所述送丝机构12通过固定加强板一15与激光头支架相连接；所述保护气管以及清渣刷13均通过固定加强板二16与激光头10的底部相连接。

所述保护气体为Ar、CO₂和He的一种气体或多种混合气。

所述清渣刷包括由硬质合金制成的刷头以及电机，所述电机与激光头10相连接，通过电机驱动刷头旋转进行清渣。

所述送丝机构12与焊接方向的夹角呈锐角，采用前置送丝方式进行焊接。

所述送丝机构12与激光头10发出的激光束的夹角在20～80°之间；所述激光束与保护气管的夹角在20～80°之间。

所述激光束与工件表面呈斜角，其角度值在2～5°之间。

所述三爪卡盘一5和三爪卡盘二6之间还设有升降装置一2、升降装置二3以及托举装置4，所述工作台1上固定连接有沿其长度方向设置的直线导轨101，所述升降装置一2、升降装置二3以及托举装置4均可滑动的连接在直线导轨101上；

所述升降装置一2包括升降台一21、直线驱动机构一22以及底座一23，所述底座一23可滑动的连接在直线导轨101上，所述升降台一21通过直线驱动机构一22可升降的连接在底座一23的上方；所述升降台一21上设有一对平行于工作台长度方向的承托杆；

所述升降装置二3包括升降台二31、直线驱动机构二32以及底座二33，所述底座二33可滑动的连接在直线导轨101上，所述升降台二31通过直线驱动机构二32可升降的连接在底座二33的上方；所述升降台二31上设有多个平行于工作台长度方向的承托轮；

所述托举装置4包括托举台41、直线驱动机构三42以及托举底座43，所述托举底座43可滑动的连接在直线导轨101上，所述托举台41通过直线驱动机构三42可升降的连接在托举底座43的上方；所述托举台41上设有一对平行于工作台长度方向的直筒托辊以及一对垂直行于工作台长度方向的V形托辊。

所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备还包括行走驱动机构，所述行走驱动机构包括齿条102、三个行走齿轮103以及三个行走电机104；

所述齿条102平行于直线导轨101设置、且固定连接在工作台上；三个行走电机104分别固定连接在底座一23、底座二33托举底座43上，三个行走齿轮103分别连接在三个行走电机104的输出轴上，并且三个行走齿轮103都与齿条保持啮合。

本实用新型的有益效果在于：一、本发明在常规的窄间隙激光填丝焊接过程中，通过清渣刷与气刀管作用于焊道，其中清渣刷直接作用于焊道及侧壁，促使附着在焊道及侧壁的焊渣剥落；此外，由于剥落的焊渣并不能脱离焊道，采用高压的气流或混合溶液将焊渣吹离焊道，借助气动压力系统，按激光焊接板材的规律和特点，将高压气体或混合溶液，通过固定在激光器的可控管道系统输送液体、气体到达焊道处，可以避免多层焊接时层间未熔合的问题，解决了窄间隙激光填丝焊后难以清渣，再次焊接时易产生层间未熔合、气孔、侧壁未熔合等缺陷，从而改善层间、侧壁的焊接质量。二、清渣刷和气刀管能在窄间隙激光焊接的同时进行清渣作业，将焊接之后焊后清渣合为一步，大大提高了焊接效率，能够减少焊接板材清渣时间，提高多层焊接效率，清渣率可以达到90%以上。三、本发明采用高功率激光照射填丝使其熔化并与母材熔合在一起，克服了传统激光自熔焊接工件装配间隙容忍度小、焊接板材较薄等缺点。

附图说明

图1是本案中工作台的结构示意图，

图2是本案中激光焊接设备的结构示意图，

图3是本案的实施方式示意图一，

图4是本案的实施方式示意图二，

图5是本案中激光焊接设备的实施方式示意图一，

图6是本案中激光焊接设备的实施方式示意图二，

图7是本案中升降装置一、升降装置二、托举装置的结构示意图，

图8是本案中升降装置一的结构示意图，

图9是本案中升降装置二的结构示意图，

图10是本案中托举装置的结构示意图。

图中1是工作台，2是升降装置一，3是升降装置二，4是托举装置，5是三爪卡盘一，6是三爪卡盘二，7是推顶装置，8是轴座夹持件一，9是轴座件夹持件二，10是激光头，11是送气机构，12是送丝机构，13是清渣刷，14是激光束，15是固定加强板一，16是固定加强板二；

101是直线导轨；102是齿条，103是行走齿轮，104是行走电机；

21是升降台一，22是直线驱动机构一，23是底座一；31是升降台二，32是直线驱动机构二，33是底座二；41是托举台，42是直线驱动机构三，43是托举底座。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1-10所示，所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备包括工作台1，用于夹持工件的三爪卡盘一5、三爪卡盘二6，所述三爪卡盘一5固定连接在工作台1上，所述三爪卡盘二6滑动连接在工作台1上，并在推顶装置7的驱动下沿工作台的长度方向做直线往复运动，所述三爪卡盘一5和三爪卡盘二6相对设置。三爪卡盘一5中夹持有轴座夹持件一8，三爪卡盘二6中夹持有轴座夹持件二9。所述工作台上还连接有激光焊接设备，所述激光焊接设备包括激光头支架、激光头10、送气机构11、送丝机构12以及清渣刷13；

所述激光头10固定连接在激光头支架上，通过所述激光头10向待焊接位置发出激光束14，所述送丝机构12设置于激光头10的一侧，通过送丝机构12将焊丝输送至待焊接位置；由于激光头、送丝机构为现有技术中的常规技术手段，因此，本案中不再赘述。

所述送气机构11包括与保护气体连通的保护气管，通过保护气管向待焊接位置吹送保护气体，所述清渣刷13与激光头10相连接，并且清渣刷13与送丝机构12分处在激光头10的两侧。

一、在常规的窄间隙激光填丝焊接过程中，通过清渣刷与保护气体作用于焊道，其中清渣刷直接作用于焊道及侧壁，促使附着在焊道及侧壁的焊渣剥落；此外，由于剥落的焊渣并不能脱离焊道，可采用高压的气流或混合溶液将焊渣吹离焊道，借助气动压力系统，按激光焊接板材的规律和特点，将高压气体或混合溶液，通过固定在激光器的可控管道系统输送液体、气体到达焊道处，可以避免多层焊接时层间未熔合的问题，解决了窄间隙激光填丝焊后难以清渣，再次焊接时易产生层间未熔合、气孔、侧壁未熔合等缺陷，从而改善层间、侧壁的焊接质量。

二、清渣刷和气刀管能在窄间隙激光焊接的同时进行清渣作业，将焊接之后焊后清渣合为一步，大大提高了焊接效率，能够减少焊接板材清渣时间，提高多层焊接效率，清渣率可以达到90%以上。

三、可采用高功率激光照射填丝使其熔化并与母材熔合在一起，克服了传统激光自熔焊接工件装配间隙容忍度小、焊接板材较薄等缺点。

所述送丝机构12通过固定加强板一15与激光头支架相连接；所述固定加强板一15固定连接在激光头支架上、且固定加强板一15上开设有一对竖直设置的长条形通孔，所述送丝机构12上连接有一对螺栓一，一对螺栓一分处于两长条形通孔中，通过一对螺栓一实现送丝机构12与固定加强板一15的固定连接。从而使得送丝机构12所在的高度可调，并且送丝机构与激光头的夹角可调，以更好的完成送丝工作。

所述保护气管以及清渣刷13均通过固定加强板二16与激光头10的底部相连接；所述激光头10的底部开设有一圆孔以及一弧形孔，所述固定加强板二16上连接有一对螺栓二，一对螺栓二分处于圆孔以及弧形孔中，通过一对螺栓二实现激光头与固定加强板二16的固定连接，所述保护气管具有多个，多个保护气管均固定连接的固定加强板二16上、且多个保护气管相互平行；使得保护气管与激光头的夹角可调；所述清渣刷13通过螺栓三与固定加强板二16固定相连，由于清渣刷13与固定加强板二16仅具有一个固定连接点，因此，使得清渣刷13与固定加强板二的夹角也可调。最终，即可借助固定加强板二使得保护气管以及清渣刷分处在不同的预定位置上，从而更好的完成吹气以及清扫工作。

所述保护气体为Ar、CO₂和He的一种气体或多种混合气。

所述清渣刷包括由硬质合金制成的刷头以及电机，所述电机与激光头10相连接，通过电机驱动刷头旋转进行清渣。

所述送丝机构12与焊接方向的夹角呈锐角，采用前置送丝方式进行焊接。

所述送丝机构12与激光头10发出的激光束的夹角在20～80°之间；所述激光束与保护气管的夹角在20～80°之间。

送丝机构与焊接方向的夹角呈锐角，采用前置送丝方式进行窄间隙激光填丝焊接。在窄间隙激光填丝焊的过程中。激光方向、填丝方向和保护气体通入的方向组成了不同的搭配。前置送丝和后置送丝为激光填丝焊接的两种基本的送丝方式，前送丝是将焊丝熔池的前方并与焊接方向呈锐角送入熔池；后送丝是将焊丝从熔池的后方并与焊接方向呈钝角送入熔池；侧向送丝是将焊丝从熔池的两侧或焊接方向的两侧送入熔池。送丝方法左右了焊丝的加热原理，对焊丝的熔化和填充过程有决定性的作用。后置送丝焊接时，能量不能实现焊丝的熔化的快速和充分，所以焊丝与基体反应不充分，导致焊接过程不稳定，焊缝成形不理想；而前置送丝焊接时，焊丝在远离激光束时主要依靠金属蒸气和光致等离子体的能量以及熔池的能量作用发生熔化，当靠近激光束时焊丝受到部分激光的直接照射而被进一步加热熔化，熔化充分，焊丝的熔入过程连续稳定，且焊丝先熔入到前方熔池中并随熔液流向后方，焊丝能均匀熔入到焊缝中。

作为改进，激光头发出的激光束和送丝机构的焊丝呈α角，其角度值在20～80°之间。由于坡口尺寸较小，焊丝需要伸进坡口底端才能进行焊接，且这对于深槽来说，由于送丝嘴的直径大于坡口上表面宽度，只能将焊丝伸进深槽中，需要将焊丝伸长约40mm，这对焊丝的矫正有极高的要求，如果焊丝在焊接过程中出现摆动，将会导致激光束照射不到焊丝上，出现未熔合缺陷，将直接影响到焊接效果。在焊接前，送丝机构在送丝焊缝方向上通过调节器进行任意调节，且α角是在一定范围内进行调节，可选取最优角度进行送丝，保证焊接质量。

所述激光束与工件表面呈斜角，其角度值在2～5°之间。

按以下步骤进行操作：

步骤1：拼装待焊接工件，将工件背部进行点焊，将待焊接工件进行加持工装；

步骤2：激光头移至待焊接工件起焊点进行对点，使光斑中心落于未焊工件缝隙上，将此空间点进行记录，以此对焊接终点进行标记；

步骤3：通过送丝机构将焊丝前端送至光斑中心，使光斑落于焊丝前端；焊接时将激光头、保护气管、送丝机构、清渣刷同时开启。

另外，值得注意的是：

本发明在轴座类工件的窄间隙激光填丝焊接过程中，通过清渣刷作用于焊道，由于轴座类工件单体重量较大，焊接定位较困难，因此，本案还提出了以下进一步改进设计，从而通过升降装置及托举装置可准确定位待焊接位置。配合窄间隙激光填丝焊接设备，完成对轴座类工件的焊接，其中清渣刷直接作用于焊道及侧壁，促使附着在焊道及侧壁的焊渣剥落，以保证层间焊接质量。这种设计一方面准确定位轴座类待焊接位置，同时还可以起到避免焊接时层间及侧壁缺陷的作用。

所述三爪卡盘一5和三爪卡盘二6之间还设有升降装置一2、升降装置二3以及托举装置4，所述工作台1上固定连接有沿其长度方向设置的直线导轨101，所述升降装置一2、升降装置二3以及托举装置4均可滑动的连接在直线导轨101上；

所述升降装置一2包括升降台一21、直线驱动机构一22以及底座一23，所述底座一23可滑动的连接在直线导轨101上，所述升降台一21通过直线驱动机构一22可升降的连接在底座一23的上方；所述升降台一21上设有一对平行于工作台长度方向的承托杆；从而通过升降装置一2托举工件一致性较好的一端；

所述升降装置二3包括升降台二31、直线驱动机构二32以及底座二33，所述底座二33可滑动的连接在直线导轨101上，所述升降台二31通过直线驱动机构二32可升降的连接在底座二33的上方；所述升降台二31上设有多个平行于工作台长度方向的承托轮；从而通过升降装置二3托举工件一致性较差的一端；

所述托举装置4包括托举台41、直线驱动机构三42以及托举底座43，所述托举底座43可滑动的连接在直线导轨101上，所述托举台41通过直线驱动机构三42可升降的连接在托举底座43的上方；所述托举台41上设有一对平行于工作台长度方向的直筒托辊以及一对垂直行于工作台长度方向的V形托辊。从而在工件焊接时，更好、更稳定的扶住工件。

使用时，升降装置一2、升降装置二3主要负责轴座工件的姿态调控，由于轴座工件两端形态可能会有差异，升降装置一2、升降装置二3顶端形貌不同，升降装置一2主要托举工件一致性较好的一端，升降装置二3托举工件一致性较差的一端，两组升降装置将工件升降至同一水平面保证轴座类工件轴中心线与三爪卡盘一5、三爪卡盘二6轴中线重合，推顶装置7固定在床身上，且通过电机伸出或收回推顶杆，移动轴座加持件一8、轴座加持件二9顶进轴座件里起固定作用，推顶装置7固定在床身上，且通过电机伸出或收回推顶杆，随后将利用推顶装置将三爪卡盘二6推动夹紧轴座工件，将托举装置4升高至工件表面处，在焊接过程中托起到承载工件的作用，随后将升降装置一2、升降装置二3回降至底端，在焊接时，托举装置4承载轴座主体，自动升降装置不受力且保持降下状态。待焊接完成时，升降装置一2、升降装置二3升起至轴座工件表面，推顶装置7卸力后撤，升降装置一2、升降装置二3升起，托住轴座工件，连同托举装置4一同下降，采用吊装设备将轴座工件取下。

所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备还包括行走驱动机构，所述行走驱动机构包括齿条102、三个行走齿轮103以及三个行走电机104；

所述齿条102平行于直线导轨101设置、且固定连接在工作台上；三个行走电机104分别固定连接在底座一23、底座二33托举底座43上，三个行走齿轮103分别连接在三个行走电机104的输出轴上，并且三个行走齿轮103都与齿条保持啮合。从而可独立控制升降装置一2、升降装置二3以及托举装置4在工作台上往复行走。

本实用新型具体实施途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备包括工作台（1），用于夹持工件的三爪卡盘一（5）、三爪卡盘二（6），其特征在于，所述工作台上还连接有激光焊接设备，所述激光焊接设备包括激光头支架、激光头（10）、送气机构（11）、送丝机构（12）以及清渣刷（13）；

所述激光头（10）固定连接在激光头支架上，通过所述激光头（10）向待焊接位置发出激光束（14），所述送丝机构（12）设置于激光头（10）的一侧，通过送丝机构（12）将焊丝输送至待焊接位置；

所述送气机构（11）包括与保护气体连通的保护气管，通过保护气管向待焊接位置吹送保护气体，所述清渣刷（13）与激光头（10）相连接，并且清渣刷（13）与送丝机构（12）分处在激光头（10）的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述送丝机构（12）通过固定加强板一（15）与激光头支架相连接；所述保护气管以及清渣刷（13）均通过固定加强板二（16）与激光头（10）的底部相连接。

3.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述保护气体为Ar、CO₂和He的一种气体或多种混合气。

4.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述清渣刷包括由硬质合金制成的刷头以及电机，所述电机与激光头（10）相连接，通过电机驱动刷头旋转进行清渣。

5.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述送丝机构（12）与焊接方向的夹角呈锐角，采用前置送丝方式进行焊接。

6.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述送丝机构（12）与激光头（10）发出的激光束的夹角在20～80°之间；所述激光束与保护气管的夹角在20～80°之间。

7.根据权利要求1所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述激光束与工件表面呈斜角，其角度值在2～5°之间。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述三爪卡盘一（5）和三爪卡盘二（6）之间还设有升降装置一（2）、升降装置二（3）以及托举装置（4），所述工作台（1）上固定连接有沿其长度方向设置的直线导轨（101），所述升降装置一（2）、升降装置二（3）以及托举装置（4）均可滑动的连接在直线导轨（101）上；

所述升降装置一（2）包括升降台一（21）、直线驱动机构一（22）以及底座一（23），所述底座一（23）可滑动的连接在直线导轨（101）上，所述升降台一（21）通过直线驱动机构一（22）可升降的连接在底座一（23）的上方；所述升降台一（21）上设有一对平行于工作台长度方向的承托杆；

所述升降装置二（3）包括升降台二（31）、直线驱动机构二（32）以及底座二（33），所述底座二（33）可滑动的连接在直线导轨（101）上，所述升降台二（31）通过直线驱动机构二（32）可升降的连接在底座二（33）的上方；所述升降台二（31）上设有多个平行于工作台长度方向的承托轮；

所述托举装置（4）包括托举台（41）、直线驱动机构三（42）以及托举底座（43），所述托举底座（43）可滑动的连接在直线导轨（101）上，所述托举台（41）通过直线驱动机构三（42）可升降的连接在托举底座（43）的上方；所述托举台（41）上设有一对平行于工作台长度方向的直筒托辊以及一对垂直行于工作台长度方向的V形托辊。

9.根据权利要求8所述的一种轴座窄间隙激光填丝焊接设备，其特征在于，所述轴座窄间隙激光填丝焊接设备还包括行走驱动机构，所述行走驱动机构包括齿条（102）、三个行走齿轮（103）以及三个行走电机（104）；

所述齿条（102）平行于直线导轨（101）设置、且固定连接在工作台上；三个行走电机（104）分别固定连接在底座一（23）、底座二（33）托举底座（43）上，三个行走齿轮（103）分别连接在三个行走电机（104）的输出轴上，并且三个行走齿轮（103）都与齿条保持啮合。

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