[發明專利]激光電弧復合焊3D增材修補裝置及修補方法

有效

• 申請號: 201610681729.9
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106141435B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 高向東;藍重洲
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/348;B23K26/70
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及增材修補技術領域，尤其涉及一種用于激光和MAG/MIG電弧復合焊的3D增材修補裝置及其修補方法。

背景技術

現有的增材修補方法主要有激光融覆、電弧堆焊、電涂鍍、熱噴涂技術等。激光融覆技術是利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。電弧堆焊是利用焊條或電極熔敷在基材表面進行堆焊。電涂鍍技術是利用直流電通過電解液時發生電化學反應,實現金屬在鍍件表面上沉積。熱噴涂是利用某種熱源將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術。

以上修補方法都有一定的局限性，其中激光融覆技術會導致過渡區應力集中；電涂鍍技術存在涂層結合強度和本身強度不足的問題；電弧堆焊技術和熱噴涂技術的熱影響區大，易造成工件變形。另外，上述修補技術在修補前未能精確地得到缺陷輪廓參數，導致修補后的工件仍然存在一定缺陷，修補效果不理想。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種操作方便、可靠性高、適應性強的激光電弧復合焊3D增材修補裝置。

本發明的另一目的在于，提供一種基于上述修補裝置的修補方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種激光電弧復合焊3D增材修補裝置，其主要包括控制器、位于修復工位上方的四軸聯動平臺、以及設置在聯動平臺上用于獲取工件的缺陷輪廓三維信息的激光視覺傳感器、用于獲取熔池狀態信息的紅外視覺傳感器、夾具、激光焊炬、電弧焊炬、填充焊絲、焊絲盤和導氣管。所述控制器與四軸聯動平臺、激光視覺傳感器、紅外視覺傳感器、激光焊炬和電弧焊炬連接，用于控制各部件協調工作。所述夾具的一端與四軸聯動平臺連接，另一端與激光焊炬固定。所述電弧焊炬安裝在激光焊炬上，且與激光焊炬之間角度可調，以適應各種焊接場合。所述填充焊絲纏繞在焊絲盤上，所述焊絲盤設置在電弧焊炬上，填充焊絲穿過電弧焊炬并向外凸出。所述導氣管安裝在激光焊炬上，導氣管的一端與保護氣體發生器連接，另一端指向焊接工位，并且導氣管的出氣方向可調，這樣可以使保護氣體更好地覆蓋填充焊絲和熔池。

作為本發明的優選方案，所述導氣管采用可以萬向調節的萬向管(或竹節管)用于引導保護氣體，使保護氣體準確地覆蓋焊接保護區。

作為本發明的優選方案，所述電弧焊炬與激光焊炬之間通過角度調節單元連接，該角度調節單元包括一夾持把柄和調節螺栓，所述夾持把柄的一端卡設在電弧焊炬上，另一端通過調節螺栓與激光焊炬上的第一凸起鉸接，電弧焊炬和第一凸起上均設有通孔，調節螺栓穿過通孔將電弧焊炬固定在激光焊接上。當需要調節角度時，只需擰松調節螺栓，調整好角度后擰緊調節螺栓即可。該角度調節單元的結構簡單，使用方便，用于電弧焊接角度調節和送絲角度調節，可以獲得更好的焊接效果。

具體的，所述控制器與四軸聯動平臺連接，控制激光焊炬和電弧焊炬在三個方向上的移動及水平方向的轉動，使激光焊炬和電弧焊炬在焊接平臺上以最合適的位置和角度對缺陷進行修補。所述控制器與激光視覺傳感器連接，用于驅動激光視覺傳感器并獲取缺陷的三維輪廓，控制器根據獲取的數據對缺陷的三維輪廓進行重建，生成最優控制代碼。所述控制器與紅外視覺傳感器連接，用于驅動紅外視覺傳感器并獲取熔池的實時圖像時頻參數，在修補過程中，根據熔池狀態實時調整修補參數，獲得更好的修補效果。所述控制器與激光焊炬和電弧焊炬電連接，用于控制激光焊炬和電弧焊炬的電流大小及保護氣體的流量。所述夾具的一端與四軸聯動平臺連接，另一端與激光焊炬固定，四軸聯動平臺通過夾具帶動激光焊炬移動和轉動，調整到合適的焊接位置。

具體的，所述四軸聯動平臺用于控制激光焊炬的位置并調整激光電弧復合焊炬的焊接角度，其組成主要包括沿X軸方向運動的X軸移動單元、沿Y軸方向運動的Y軸移動單元、沿Z軸方向運動的Z軸移動單元和繞垂直于工件的轉軸旋轉的A軸轉動單元。所述X軸移動單元固定在修補平臺上，位于修補工位的上方，Y軸移動單元安裝在X軸移動單元上，Z軸移動單元安裝在Y軸移動單元上，A軸轉動單元安裝在Z軸移動單元上，可相對Z軸移動單元水平轉動。所述A軸轉動單元與夾具固定連接，帶著激光焊炬水平轉動，用于調整激光焊炬和電弧焊炬的焊接角度。