RU2015115126A - Перемещаемые вручную клещи лазерной сварки - Google Patents

Abstract

1. Перемещаемые вручную клещи лазерной сварки для соединения нескольких наложенных друг на друга металлических заготовок, содержащие:продолговатую опорную колонну, проходящую вдоль продольной оси;оптическую головку, которая может перемещаться в осевом направлении вдоль опорной колонны и содержит оптические средства, предназначенные для фокусировки лазерного луча вдоль траектории через защитное окно оптической головки на зоне сварки; ипервый рабочий орган, установленный на опорной колонне вдоль указанной траектории после защитного окна и соединенный с оптической головкой с возможностью осевого перемещения между исходным положением и положением сварки, в котором первый рабочий орган прижимает одну из металлических заготовок и изолирует зону сварки с целью предотвращения распространения лазерного излучения за пределы зоны сварки во время сварки, причемпервый рабочий орган характеризуется наличием внутренней периферийной поверхности, ограничивающей продолговатый главный канал, имеющий открытые входной и выходной концы, причем в силу конструкции главного канала через него в осевом направлении могут распространяться:лазерный луч,первый, перемещающийся в осевом направлении, поток сжатой газообразной среды;второй перемещающийся в осевом направлении поток газообразной среды под вторым давлением, которое ниже давления первого потока, причем уровень второго давления выбирают для предотвращения образования завихрений воздуха; ипервый источник вакуума, сообщающийся с выходным концом главного канала и используемый для отвода указанных первого и второго потоков из главного канала путем создания перепада

Claims (29)

1. Перемещаемые вручную клещи лазерной сварки для соединения нескольких наложенных друг на друга металлических заготовок, содержащие:

продолговатую опорную колонну, проходящую вдоль продольной оси;

оптическую головку, которая может перемещаться в осевом направлении вдоль опорной колонны и содержит оптические средства, предназначенные для фокусировки лазерного луча вдоль траектории через защитное окно оптической головки на зоне сварки; и

первый рабочий орган, установленный на опорной колонне вдоль указанной траектории после защитного окна и соединенный с оптической головкой с возможностью осевого перемещения между исходным положением и положением сварки, в котором первый рабочий орган прижимает одну из металлических заготовок и изолирует зону сварки с целью предотвращения распространения лазерного излучения за пределы зоны сварки во время сварки, причем

первый рабочий орган характеризуется наличием внутренней периферийной поверхности, ограничивающей продолговатый главный канал, имеющий открытые входной и выходной концы, причем в силу конструкции главного канала через него в осевом направлении могут распространяться:

лазерный луч,

первый, перемещающийся в осевом направлении, поток сжатой газообразной среды;

второй перемещающийся в осевом направлении поток газообразной среды под вторым давлением, которое ниже давления первого потока, причем уровень второго давления выбирают для предотвращения образования завихрений воздуха; и

первый источник вакуума, сообщающийся с выходным концом главного канала и используемый для отвода указанных первого и второго потоков из главного канала путем создания перепада давления между входным и выходным концами, в результате чего отходы сварки выводятся из главного канала через выходной конец главного канала вместе с указанными первым и вторым потоками.

2. Клещи лазерной сварки по п. 1, дополнительно содержащие:

второй рабочий орган, прикрепленный с возможностью отцепления к опорной колонне, и

первый и второй поддерживающие материал прижимные наконечники, выровненные относительно друг друга, установленные с возможностью отцепления на первый и второй рабочие органы соответственно и предназначенные для прижима соответствующих металлических свариваемых заготовок с определенной силой в процессе сварки лазерным лучом.

3. Клещи лазерной сварки по п. 2, в которых неподвижный рабочий орган содержит первый и второй компоненты, соединенные друг с другом в Г-образный объект, причем первый компонент неподвижного рабочего органа характеризуется наличием фиксатора, предназначенного для прикрепления с возможностью отцепления неподвижного рабочего органа к колонне, при котором первый компонент проходит параллельно продольной оси.

4. Клещи лазерной сварки по п. 3, в которых второй компонент неподвижного рабочего органа проходит перпендикулярно продольной оси, когда неподвижный рабочий орган находится в установленном состоянии, и характеризуется наличием внутренней поверхности, ограничивающей полость.

5. Клещи лазерной сварки по п. 4, дополнительно содержащие вакуумный блок, сообщающийся со свободным концом второго компонента неподвижного рабочего органа и используемый для создания перепада давления в указанной полости, достаточного для удаления из нее отходов сварки.

6. Клещи лазерной сварки по п. 4, дополнительно содержащие оптический датчик, вставленный с возможностью снятия во второй компонент неподвижного рабочего органа и предназначенный для регистрации уровня лазерного излучения, проникающего через свариваемые заготовки, причем интенсивность проникающего лазерного излучения сравнивают с опорным значением, и в случае несовпадения измеренной интенсивности с опорным значением корректируют мощность лазерного луча и улучшают качество сварного шва.

7. Клещи лазерной сварки по п. 4, в которых неподвижный рабочий орган имеет съемную нижнюю часть, накапливающую отходы, которые могут быть удалены из этой части путем ее перемещения.

8. Клещи лазерной сварки по п. 1, дополнительно содержащие поддерживающую пластину, установленную с возможностью снятия на опорной колонне и лежащую в плоскости, перпендикулярной продольной оси, причем к поддерживающей пластине прикреплены оптическая головка и первый рабочий орган, проходящие от нее в противоположных направлениях.

9. Клещи лазерной сварки по п. 1, в которых первый рабочий орган содержит:

корпус, имеющий периферийную поверхность и форму усеченного конуса, сужающегося к выходному концу;

фланец с углублением, периферийная стенка которого сужается к выходному концу и в осевом направлении перекрывает область на входе корпуса; и

Т-образную трубу, вставленную в углубление фланца и проходящую в осевом направлении в корпус, перекрывая входной конец корпуса и образуя большое кольцевое пространство с фланцем и узкий осевой проход с корпусом, причем кольцевое пространство и проход сообщаются так, что первый поток газообразной среды поступает в указанное пространство и протекает далее в осевом направлении через указанный проход в главный канал к выходному концу корпуса.

10. Клещи лазерной сварки по п. 8, дополнительно содержащие:

первое исполнительное устройство, используемое для перемещения поддерживающей пластины вдоль колонны;

второе исполнительное устройство, используемое для формирования шва заданной длины; и

третье исполнительное устройство, используемое для формирования зигзагообразного шва, причем указанные исполнительные устройства соединены с поддерживающей пластиной с возможностью перемещения.

11. Клещи лазерной сварки по п. 8, в которых первое исполнительное устройство используют для линейного перемещения поддерживающей пластины последовательно во множество разных положений, в том числе:

в исходное положение, в котором подвижный рабочий орган отстоит от зоны сварки на первое расстояние;

в разомкнутое положение, в котором подвижный рабочий орган отстоит от зоны сварки на второе расстояние, которое меньше первого расстояния;

в сомкнутое положение, в котором подвижный рабочий орган находится между разомкнутым положением и зоной сварки; и

в положение захвата, в котором подвижный рабочий орган нажимает на заготовку с заданной силой.

12. Клещи лазерной сварки по п. 11, в которых первое исполнительное устройство используют для перемещения поддерживающей пластины между исходным и разомкнутым положениями с линейной скоростью, которая выше линейной скорости, с которой поддерживающую пластину перемещают между разомкнутым и сомкнутым положениями.

13. Клещи лазерной сварки по п. 1, дополнительно содержащие волоконный лазер, выполненный с возможностью испускания лазерного луча мощностью до нескольких тысяч ватт.

14. Клещи лазерной сварки по п. 1, дополнительно содержащие систему подвеса, посредством которой корпус сварочных клещей прикреплен к внешней направляющей и которая обеспечивает следующие виды перемещений указанных клещей:

поворот вокруг продольной оси;

поворот вокруг вертикальной оси, проходящей перпендикулярно продольной оси;

наклон вокруг оси поворота, проходящей перпендикулярно продольной и вертикальной осям; и

линейное перемещение к свариваемым заготовкам и от свариваемых заготовок.

15. Способ сварки нескольких наложенных друг на друга заготовок посредством перемещаемых вручную клещей лазерной сварки, содержащих подвижный рабочий орган, причем указанный способ предусматривает:

направление лазерного излучения через главный канал, образованный внутренней поверхностью рабочего органа;

направление первого потока сжатой газообразной среды через главный канал, причем первый рабочий орган установлен с возможностью перемещения на опорной колонне указанных клещей;

создание перепада давления между входным и выходным концами главного канала;

одновременно с созданием указанного перепада давления введение второго потока газообразной среды в главный канал под давлением, которое ниже давления первого потока и является недостаточным для создания в главном канале завихрений, и направление указанного второго потока параллельно первому потоку, причем первый и второй потоки выводятся из главного канала через его выходной конец; и

подача лазерного луча в зону сварки через оптическую головку, установленную перед входом рабочего органа с возможностью перемещения посредством этого рабочего органа, причем

первый и второй потоки, протекающие через главный канал к оптической головке, выносят по меньшей мере часть отходов сварки через выходной конец главного канала, в результате чего, по существу, минимизируется контакт между отходами сварки и защитным окном оптической головки.

16. Способ по п. 15, дополнительно предусматривающий продвижение первого рабочего органа вдоль колонны к свариваемым заготовкам перед подачей лазерного луча в зону сварки.

17. Способ по п. 16, в котором указанное продвижение дополнительно предусматривает:

направление первого рабочего органа к зоне сварки из исходного положения в разомкнутое положение с первой скоростью;

перемещение первого рабочего органа из разомкнутого положения в сомкнутое положение со второй скоростью, которая меньше первой скорости; и

продвижение рабочего органа из сомкнутого положения в положение захвата, в котором прижимной наконечник надавливает на заготовки.

18. Способ по п. 17, дополнительно предусматривающий контроль давления рабочего органа на первую заготовку и контакта между прижимным наконечником и передней заготовкой, когда рабочий орган находится в положении захвата.

19. Способ по п. 18, дополнительно предусматривающий предотвращение испускания лазерного луча в случае отсутствия указанного контакта.

20. Способ по п. 15, дополнительно предусматривающий установку с возможностью отцепления Г-образного неподвижного рабочего органа на опорную колонну, при которой прижимные наконечники соответствующих рабочих органов находятся на одной линии при перемещении первого рабочего органа вдоль колонны.

21. Способ по п. 20, дополнительно предусматривающий отвод отходов сварки, попадающих через прижимной наконечник неподвижного рабочего органа в его полость.

22. Способ по п. 21, в котором выведение отходов сварки предусматривает создание перепада давления в указанной полости для удаления из нее отходов через свободный конец Г-образного неподвижного рабочего органа.

23. Способ по п. 21, в котором отвод отходов сварки предусматривает удаление нижней части неподвижного рабочего органа для обеспечения доступа к скопившимся на ней отходам сварки.

24. Способ по п. 15, дополнительно предусматривающий:

регистрирование лазерного излучения, проникающего через свариваемые заготовки;

определение пикового значения мощности регистрируемого излучения;

определение среднего значения мощности регистрируемого излучения;

расчет соотношения между пиковым и средним значениями мощности для сравнения полученной величины с опорной величиной; и

изменение выходной мощности лазера в зависимости от рассчитанной величины и, при необходимости, корректировка мощности лазерного луча для улучшения качества сварного шва.

25. Способ по п. 15, дополнительно предусматривающий регулирование частоты зигзагов и длины сварного шва, формируемого лазерным лучом.

26. Способ сварки между собой множества наложенных друг на друга заготовок посредством сварного шва заданной прочности, предусматривающий:

испускание лазерного луча, мощность которого достаточна для формирования сварного шва в зоне сварки;

измерение интенсивности света, проникающего через зону сварки до ее обратной стороны;

выдачу сигнала в ответ на измеренную интенсивность света;

сравнение уровня указанного сигнала с опорным значением; и

увеличение или уменьшение выходной мощности лазерного источника для формирования сварного шва заданной прочности.

27. Перемещаемые вручную клещи лазерной сварки для соединения нескольких металлических заготовок посредством сварного шва заданной прочности, содержащие:

лазерный источник, испускающий лазерный луч;

по меньшей мере один рабочий орган, имеющий внутреннее пространство, образующее главный канал для проведения света к зоне сварки с целью получения сварного соединения заготовок;

улавливатель света, расположенный на обратной стороне зоны сварки;

оптический датчик, соединенный с улавливателем света и используемый для регистрации уровня светового излучения, проникающего через зону сварки, и выдачи сигнала при регистрации уровня светового излучения; и

контроллер, используемый для

получения и сравнения сигнала интенсивности зарегистрированного света с опорным значением и

выдачи управляющего сигнала на лазерный источник с целью корректировки мощности луча для формирования сварного шва заданной прочности.

28. Сварочные клещи для соединения нескольких металлических заготовок, отстоящих друг от друга на определенное расстояние, содержащие:

продолговатую опорную колонну, проходящую вдоль продольной оси;

оптическую головку, которая может перемещаться в осевом направлении вдоль опорной колонны и содержит оптические средства, предназначенные для фокусировки лазерного луча вдоль траектории в зоне сварки,

первый рабочий орган, установленный на опорной колонне вдоль указанной траектории и перемещаемый вместе с головкой в положение сварки, в котором рабочий орган нажимает на переднюю металлическую заготовку спереди зоны излучения с заданной силой с целью предотвращения распространения лазерного излучения за пределы зоны сварки в процессе сварки и сохранения заданного расстояния между заготовками,

уловитель лазерного излучения, находящийся вблизи задней металлической заготовки на обратной стороне зоны сварки, причем его внутренняя часть выполнена с возможностью приема светового излучения, проникающего через зону сварки, и предотвращает выход полученного излучения за пределы этого уловителя;

датчик, соединенный с уловителем и используемый для регистрации уровня светового излучения в указанной внутренней части; и

контроллер, используемый для сравнения сигнала, поступающего от датчика, с опорным значением и выдачи управляющего сигнала с целью корректировки силы для поддержания заданного расстояния между металлическими заготовками.

29. Сварочные клещи для соединения нескольких металлических заготовок посредством сварного шва заданной прочности, содержащие:

продолговатую опорную колонну, проходящую вдоль продольной оси;

оптическую головку, которая может перемещаться в осевом направлении вдоль опорной колонны и содержит оптические средства, предназначенные для фокусировки лазерного луча вдоль траектории в зоне сварки,

первый рабочий орган, установленный на опорной колонне вдоль указанной траектории и перемещаемый вместе с головкой в положение сварки, в котором рабочий орган нажимает на переднюю металлическую заготовку спереди зоны излучения с заданной силой с целью предотвращения распространения лазерного излучения за пределы зоны сварки в процессе сварки,

уловитель лазерного излучения, находящийся вблизи задней металлической заготовки на обратной стороне зоны сварки, причем его внутренняя часть выполнена с возможностью приема светового излучения, проникающего через зону сварки, и предотвращает выход полученного излучения за пределы этого уловителя;

датчик, соединенный с уловителем и используемый для регистрации уровня светового излучения в указанной внутренней части; и

контроллер, используемый для получения и сравнения сигнала, поступающего от датчика, с опорным значением и выдачи управляющего сигнала с целью корректировки мощности излучения.