[發明專利]一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 202110456561.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113231741B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 趙艷秋;占小紅;周旭東;何實
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/02;B23K26/12;B23K26/064
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本發明公開了一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置及方法，該裝置包括控制系統、激光系統、環形光束控制系統、光內送絲系統、焊接保護氣系統、光絲同軸焊接頭；所述控制系統通過信號連接線連接激光系統與環形光束控制系統；所述環形光束控制系統用于控制環形激光束的光斑直徑尺寸，環形光束的直徑通過旋轉拋物面反射鏡實現調節；所述光內送絲系統通過支撐架固定于光絲同軸焊接頭內部，焊絲放置于焊絲架，經推拉式滾輪、焊絲矯直器送至焊槍中的耐高溫焊嘴，進行焊接作業，解決了現有激光填絲焊接工藝中光絲耦合行為差、加工質量不穩定、焊接距離受限等問題，且定位精度高、可操作性好。

技術領域

本發明涉及一種高效的激光焊接裝置及方法，具體涉及一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置及方法。

背景技術

激光填絲焊接技術是一種采用填充焊絲的激光焊接技術，不僅保持了激光焊接的優勢，如熱輸入小、能量集中等特點，并且提高了間隙適應性，改善了焊縫表面成型，提高了接頭的機械性能。激光填絲焊接技術可以用于焊接間隙較大的厚板，還可以通過改變焊絲的化學成分，達到抑制焊后缺陷的效果。

現在的激光填絲焊接技術一般為旁軸送絲。焊絲的填入，使得激光焊接的工藝更為復雜。焊絲可以從激光前方送入，也可從激光后方送入，并于激光成一定的角度，焊絲的直線度及送絲速度對于焊接過程的穩定性至關重要。旁軸送絲焊接過程中，由于焊絲的熔化，光絲間距處于波動狀態，且光-絲-母材之間的相互作用過程處于一個不穩定的波動狀態，影響焊縫成型質量的穩定性。此外，旁軸送絲焊接需要激光頭與焊槍的配合，對于復雜焊接結構而言，旁軸送絲焊接過程中激光焊接頭與焊槍會與焊件存在位置干涉問題，因此，難以應用于復雜結構、大厚度結構的焊接。

相比之下，將圓形激光束改為環形激光束，采用一種基于環形光斑的光絲同軸送絲焊接方法可以避免旁軸送絲激光焊接存在的一些問題，光絲同軸焊接工藝可以保證焊絲的穩定熔化，節省圓形激光束焦點定位的時間。并且，將焊絲集成焊接頭內部，簡化焊接裝備，更適用于復雜結構、大厚度結構的焊接。如何將環形激光束與焊絲集成，保證焊絲的直線度，并使焊絲穩定、連續的進入焊縫，實現復雜結構、大厚度結構的穩定焊接，仍然是光絲同軸激光焊接技術需要解決的問題。

本發明提出了一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置及方法，能夠解決了現有激光填絲焊接工藝中光絲耦合行為差、加工質量不穩定等問題，且定位精度高、可操作性好，對實現復雜結構、大厚度結構的高質量焊接具有重要意義。

發明內容

為了實現復雜結構的高精度遠程激光填絲焊接，本發明提供了一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置，能夠有效解決現有激光焊接裝置光絲耦合行為差、焊接距離受限等問題。

為達到次目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置，控制系統通過信號連接線連接激光系統與環形光束控制系統，通過無線通信連接光內送絲系統，所述控制系統包括：控制柜、控制器、連接線。

所述激光系統用于輸出環形激光束。

所述環形光束控制系統用于控制環形激光束的光斑直徑尺寸，環形激光束依次透過凹透鏡A、單面凸透鏡、環形平面透鏡，經平面反射鏡、拋物面反射鏡反射，透過凹透鏡B，對待焊位置進行焊接。

所述拋物面反射鏡固定于旋轉架上，拋物面反射鏡與旋轉架通過支撐耳片固定于光絲同軸焊接頭上，并可繞著支撐耳片進行旋轉。

所述光內送絲系統通過支撐架固定于光絲同軸焊接頭內部，焊絲放置于焊絲架，經推拉式滾輪、焊絲矯直器送至焊槍中的耐高溫焊嘴，進行焊接作業。

焊接保護氣系統用于對光絲同軸焊接過程實施保護，通過倒置吊環安裝于光絲同軸焊接頭上，根據焊接位置對焊接過程實施保護。

所述光絲同軸焊接頭可通過多頭螺紋實現上下連接，松開多頭螺紋，上下分離光絲同軸焊接頭，可實現光內送絲系統中焊絲的更換。