[發明專利]一種激光穿透焊接板材的方法

有效

• 申請號: 201710407452.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107052582B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 張明軍;謝志州;唐昆;毛聰;胡永樂
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/142;B23K26/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種激光穿透焊接板材的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，提供母材并使其定位；

步驟2，提供激光焊接系統，激光焊接系統包括激光發生器、傳輸光纖、焊接機械手、通過傳輸光纖與激光發生器連接且安裝于焊接機械手的激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴、保護氣體噴管、溫度傳感器，激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴與保護氣體噴管對準焊接位置，激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴與保護氣體噴管能相對母材移動，溫度傳感器置于焊接起始點下方用于實時采集母材背面溫度；

步驟4，啟動激光焊接系統，保護氣體噴管吹送保護氣體，激光焊接頭發射的激光束垂直輻照母材上表面；

步驟5，溫度傳感器實時采集母材背面溫度，當采集到的溫度達到或超過母材氣化的溫度值時，轉動激光焊接頭與高壓氣柱噴嘴，使得激光焊接頭相對母材上表面傾斜，高壓氣柱噴嘴垂直對準母材上表面；

步驟6，控制高壓氣柱噴嘴供氣閥門，使高壓氣柱噴嘴噴射惰性氣體氣柱貫穿焊接小孔，激光焊接頭繼續施焊；

步驟7，達到焊接末端點時，關閉高壓氣柱噴嘴和保護氣體噴管開關，關閉激光發生器，完成焊接過程。

2.根據權利要求1所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：步驟1中還包括采用有機溶劑除去母材上下表面和對接端面的雜質。

3.根據權利要求1所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：步驟2中激光焊接系統還包括機械手控制系統，機械手控制系統能控制焊接機械手使激光焊接頭旋轉任意角度，高壓氣柱噴嘴與保護氣體噴管均和激光焊接頭相連。

4.根據權利要求3所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：高壓氣柱噴嘴與激光焊接頭兩者所成夾角α為5°~ 30°，保護氣體噴管與母材表面所成夾角β為15°~ 60°。

5.根據權利要求3或4所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：激光焊接系統還包括與溫度傳感器相連的溫度采集系統、與溫度采集系統及機械手控制系統相連的處理系統，步驟5中，溫度傳感器實時采集到母材背面溫度后，將信號傳輸給溫度采集系統，溫度采集系統將溫度傳感器獲取的圖像信號轉化為視頻電信號，并傳輸給處理系統，處理系統判斷母材背面溫度是否達到或超過母材氣化的溫度值，當溫度達到或超過母材氣化的溫度值時，處理系統向機械手控制系統發出偏轉角度的信號，機械手控制系統控制焊接機械手末端軸旋轉，使得激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴和保護氣體噴管同步旋轉，讓高壓氣柱噴嘴垂直對準母材上表面。

6.根據權利要求5所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：處理系統包括用于判斷母材背面溫度是否達到或超過母材氣化的溫度值的處理模塊、連接溫度傳感器與處理模塊的圖像采集卡、連接處理模塊與機械手控制系統的I/O單元，步驟5中，圖像采集卡將視頻信號轉化為數字信號發送給處理模塊，當處理模塊判斷溫度達到或超過母材氣化的溫度值時，處理模塊通過I/O單元向機械手控制系統發出偏轉角度的信號。

7.根據權利要求3所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：步驟6中，通過機械手控制系統發信號控制高壓噴嘴供氣閥門。

8.根據權利要求1所述的激光穿透焊接板材的方法，其特征在于：步驟6中，高壓噴射的惰性氣體氣柱直徑小于焊接小孔直徑。

9.一種激光焊接系統，其特征在于，包括激光發生器、傳輸光纖、焊接機械手、通過傳輸光纖與激光發生器連接且安裝于焊接機械手的激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴、保護氣體噴管、用于實時采集母材背面溫度的溫度傳感器，激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴能相對母材移動，使激光焊接頭、高壓氣柱噴嘴在第一狀態與第二狀態之間切換，在第一狀態，激光焊接頭垂直對準母材上表面，高壓氣柱噴嘴相對母材上表面傾斜；在第二狀態，高壓氣柱噴嘴垂直對準母材上表面，激光焊接頭相對母材上表面傾斜；激光焊接系統還包括機械手控制系統，激光焊接頭固定在焊接機械手上，機械手控制系統能控制焊接機械手使激光焊接頭旋轉任意角度，高壓氣柱噴嘴與保護氣體噴管均和激光焊接頭相連。

10.根據權利要求9所述的激光焊接系統，其特征在于：還包括與溫度傳感器相連的溫度采集系統、與溫度采集系統及機械手控制系統相連的處理系統，溫度傳感器實時采集到母材背面溫度后，將信號傳輸給溫度采集系統，溫度采集系統將溫度傳感器獲取的圖像信號轉化為視頻電信號，并傳輸給處理系統，處理系統判斷母材背面溫度是否達到或超過母材氣化的溫度值，當溫度達到或超過母材氣化的溫度值時，處理系統向控制系統發出偏轉角度的信號，機械手控制系統控制焊接機械手末端軸旋轉。