CN102649193A - 带钢在线激光切割焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种带钢在线焊接装置及方法。一种带钢在线激光切割焊接装置，包括机器人支架、切割机器人、焊接机器人、第一夹具、第二夹具、激光切割加工头、激光焊接加工头和激光器，所述的切割机器人和焊接机器人分别设置在机器人支架上，所述的激光切割加工头固定在切割机器人上，激光焊接加工头固定在焊接机器人上，激光切割加工头和激光焊接加工头分别通过光纤与激光器相连。一种带钢在线激光切割焊接方法，首先用激光切割带钢头尾，然后再冲工艺孔，最后焊接完成。本发明利用激光切割待焊接带钢的头尾两端后，再进行焊接，以实现连续生产，激光切割不但剪切效果好，而且节约了设备空间，具有轻量化、高灵活性及低成本的优点。

Description

带钢在线激光切割焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种带钢在线焊接装置及方法。

背景技术

在冷轧连续生产过程中，将两卷带钢焊接在一起可保证机组连续生产。在钢铁冷轧酸联轧机组带头带尾焊接主要采用闪光焊与激光焊两种。闪光焊接过程实质是工件端面的接触和熔化，再通过顶锻过程使接口封闭，促进焊缝再结晶，形成焊接接头。激光焊接过程是激光在聚焦位置产生的巨大能量将工件熔化形成熔池并在冷却过程中形成焊缝。

闪光焊机在上世纪50~70年代，得到迅速发展，主要是前苏联、美国、德国、日本等国开展了大量装备研制工作。80年代，因计算机与检测技术的发展，闪光焊机进一步在自动化、智能化上取得长足进步，随后，90年代闪光焊机向大型专用、机组化方向发展。目前，闪光焊机在钢铁行业被广泛应用。

激光焊机的应用取决于激光光源的开发以及激光功率的提升，上世纪70年代千瓦级CO₂激光器进行金属焊拉试验的成功挖掘了激光焊接的巨大市场潜能，日本、德国、英国以及前苏联不断将CO₂激光器应用于激光焊接的技术进行发展与优化，在90年代形成了大型专用焊接装备，并正逐步替代闪光焊的方式。

这种激光焊接方法具有焊接速度快、焊接质量稳定的特点。酸联轧机组形成的带钢头尾焊接焊缝需要通过酸洗以及轧机机组，特别是在进入轧机的轧制过程中对焊缝焊接质量要求非常高。由于焊缝在经过五机架连轧时不抬辊，因此，需要焊缝必须能承受很大的变形量而不断带，不稳定的焊缝质量会给生产带来巨大隐患，而1次断带更将造成数百万元直接经济损失。所以，这对焊接装备与工艺的要求非常高，不同于其它机组。

在激光焊接工艺中，剪切的质量直接影响到焊缝的质量，现有的激光焊接装置，如美国专利US4626651中公开的一种连接带钢的传统激光焊接方式，此方法采用C型小车上的双刃剪对带钢进行切割，再利用激光进行焊接。设备中包括为激光器、双刃剪、带钢头尾夹持装置、激光焊接头和对接装置。双刃剪安装在采用C型小车上，带钢头尾夹持装置夹住带钢后通过双刃剪对带钢进行切割，双刃剪包含上刀片和下刀片，上、下刀片分别固定在C型小车的两个上、下臂上，上、下刀片由气缸带动做垂直方向运动剪切带钢。双刃剪在剪切过程中容易产生刀面磨损，直接降低切口质量从而影响焊缝质量，会造成机组断带严重影响生产节奏，必须定期进行更换与修复。为此，人们给双刃剪配置一用一备两套***，此外，还设计了快装设备，实现剪刀快速更换安装，其目的是将对生产节奏影响到最低限度，保证机组正常生产。可见，剪切单元是保证焊缝质量，提高生产效率的一个重要部件，而实际生产过程中，由于双刃剪加工难、安装精度要求高，给生产带来了极大不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带钢在线激光切割焊接装置及方法，利用激光切割待焊接带钢的头尾两端后，再进行焊接，不但剪切效果好，而且节约了设备空间和简化原有装置，最大的限度降低了成本。

本发明是这样实现的：一种带钢在线激光切割焊接装置，包括机器人支架、切割机器人、焊接机器人、第一夹具、第二夹具、激光切割加工头、激光焊接加工头和激光器；所述的第一夹具和第二夹具并排对应设置，所述的机器人支架共有两个设置在第一夹具和第二夹具两侧，所述的切割机器人和焊接机器人分别设置在机器人支架上，所述的激光切割加工头固定在切割机器人上，激光焊接加工头固定在焊接机器人上，激光切割加工头和激光焊接加工头分别通过光纤与激光器相连。

该激光切割焊接装置还包括焊接处理小车，所述的焊接处理小车设置在第一夹具和第二夹具之间，焊接处理小车上顺次设置有预热单元、退火单元和碾压轮。

所述的激光切割加工头由并排设置的带尾切割头和带头切割头构成。

一种利用如上所述的带钢在线激光切割焊接装置进行的带钢在线激光切割焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、待焊接的带钢尾部进入第一夹具夹紧，待焊接的带钢头部进入第二夹具夹紧，带钢进入切割位置准备切割，切割机器人带动激光切割加工头从待机位置向带钢方向运行，当到达带钢边部时，激光器光闸开启激光输出，激光切割加工头对带钢尾部和带钢头部切割，切割结束后激光器光闸关闭；

步骤二、切割机器人带动激光切割加工头移动到带钢尾部边部，进行工艺孔的切孔作业，切孔完成后回到待机位置；

步骤三、带钢头部靠向带钢尾部进入到焊接位置，由焊接机器人所带的激光焊接加工头从待机位置向带钢方向运行，到达带钢边部时激光焊接加工头沿带钢表面将带钢尾部与带钢头部焊接；

步骤四、焊接过程结束，带钢尾部与带钢头部连接在一起，焊接机器人回起始位置，夹具松开，带钢进入下一工序。

所述的步骤一中，激光切割加工头的切割速度为6~15m/min。

所述的步骤二中，工艺孔(11)的切孔作业为采用激光切割。

所述的步骤二中，冲孔位置离带钢尾部边部距离为40~80mm，工艺孔的孔径为15~30mm。

所述的步骤三中，激光焊接加工头的焊接速度为3~6m/min。

所述的步骤三中还包括，在焊接时同步使用焊接处理小车对焊接边部进行预热、碾压和退火处理；焊接时激光焊接加工头对应设置在焊接处理小车上的预热单元与退火单元之间，激光焊接加工头与焊接处理小车同步运行。

本发明中可选用两台激光器进行切割与焊接作业，能满足生产节奏所需，***更加稳定可靠。两台激光器通过分束***形成的共四路激光光路中，即可以采用三路作为工作光路，另一路光路作为备选光路，增强设备操作的灵活性和可靠性；也可以四路都为工作光路，两路用作切割，两路用作焊接，提高工作效率。

本发明带钢在线激光切割焊接装置及方法，利用激光切割待焊接带钢的头尾两端后，再进行焊接，以实现连续生产，激光切割不但剪切效果好，而且节约了设备空间和简化原有装置，并具有轻量化、高灵活性及低成本的优点。 

附图说明

图1为本发明带钢在线激光切割焊接装置整体结构示意图；

图2为本发明带钢在线激光切割焊接装置切割工作时的示意图；

图3为本发明切孔时的示意图；

图4为本发明带钢在线激光切割焊接装置焊接工作时的示意图；

图5为焊接处理小车结构示意图；

图6a为实施例1的激光光路切割分配图；

图6b为实施例1的激光光路焊接分配图；

图6c为实施例2的激光光路焊接分配图。

图中：1机器人支架、2切割机器人、3焊接机器人、4第一夹具、5第二夹具、6激光切割加工头、7激光焊接加工头、8焊接处理小车、9带钢尾部、10带钢头部、11工艺孔、12预热单元、13退火单元、14碾压轮、15第一激光器、16第二激光器、61带尾切割头、62带头切割头、71第一焊头、72第二焊头。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1、2、3、4、5所示，一种带钢在线激光切割焊接装置，包括机器人支架1、切割机器人2、焊接机器人3、第一夹具4、第二夹具5、激光切割加工头6、激光焊接加工头7和激光器；所述的第一夹具4和第二夹具5并排对应设置，所述的机器人支架1共有两个设置在第一夹具4和第二夹具5两侧，所述的切割机器人2和焊接机器人3分别设置在机器人支架1上，所述的激光切割加工头6固定在切割机器人2上，激光焊接加工头7固定在焊接机器人3上，激光切割加工头6和激光焊接加工头7分别通过光纤与激光器相连。

为了提高焊接质量和焊接效率，该激光切割焊接装置还包括焊接处理小车8，所述的焊接处理小车8设置在第一夹具4和第二夹具5之间，焊接处理小车8上顺次设置有预热单元12、退火单元13和碾压轮14，焊接过程中，焊接处理小车8与焊接机器人3同步行动，进行预热、退火及碾压处理。

在本实施例中激光器为高功率YAG激光器、光纤激光器或光纤激光器，波长为1.06μm、激光器功率7~10kW。

为了提高切割效率，本焊接装置可进一步描述为，所述的激光切割加工头6由并排设置的带尾切割头61和带头切割头62构成；选用两台激光器，每台激光器功率为8KW。

在本实施例中激光光路通道的分配，如图6a、6b所示，其中第一激光器15利用配置的分束***分出两个激光光路通道15a、15b，第二激光器16利用配置的分束***分出两个激光光路通道16a、16b，在切割过程中，分别采用第一激光器的一束激光光路通道15a与第二激光器的一束激光光路通道16a，通过带尾切割头61和带头切割头62同时进行切割。在焊接过程中，只采用第一激光器的另一束激光光路通道15b进行焊接；剩余第二激光器的一束激光光路通道16b作为备选光路，增强设备操作的灵活性和可靠性。

一种利用如上所述的带钢在线激光切割焊接装置进行的带钢在线激光切割焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、待焊接的带钢尾部9进入第一夹具4夹紧，待焊接的带钢头部10进入第二夹具5夹紧，带钢进入切割位置准备切割，切割机器人2带动激光切割加工头6从待机位置向带钢方向运行，当到达带钢边部时，激光器光闸开启激光输出，激光切割加工头6对带钢尾部9和带钢头部10切割，切割结束后激光器光闸关闭；激光切割加工头6的切割速度为6~15m/min；

步骤二、切割机器人2带动激光切割加工头6移动到带钢尾部9边部，对距离带钢尾部9边部40~80mm处，采用激光切割，进行工艺孔11的切孔作业，在冷轧后续作业线提供检测，以识别焊缝；工艺孔11的孔径为15~30mm，切孔完成后回到待机位置；

步骤三、带钢头部10靠向带钢尾部9进入到焊接位置，由焊接机器人3所带的激光焊接加工头7从待机位置向带钢方向运行，到达带钢边部时激光焊接加工头7沿带钢表面将带钢尾部9与带钢头部10焊接；激光焊接加工头7的焊接速度为3~6m/min。

另外，在焊接时可以同步使用焊接处理小车8对焊接边部进行预热、碾压和退火处理；焊接时激光焊接加工头7对应设置在焊接处理小车8上的预热单元12与退火单元13之间，激光焊接加工头7与焊接处理小车8同步运行，以获得更好质量的焊缝。

步骤四、焊接过程结束，带钢尾部9与带钢头部10连接在一起，焊接机器人3回起始位置，夹具松开，带钢进入下一工序。

实施例2

一种带钢在线激光切割焊接装置，实施例2和实施例1的区别在于，所述的激光焊接加工头7由第一焊头71和第二焊头72构成，在本实施例中激光光路通道的分配，如图6c所示，其中第一激光器15利用配置的分束***分出两个激光光路通道15a、15b，第二激光器16利用配置的分束***分出两个激光光路通道16a、16b，在切割过程中，分别采用第一激光器的一束激光光路通道15a与第二激光器的一束激光光路通道16a，通过两个切割头61和61同时进行切割。在焊接过程中，同时采用第一激光器的激光光路通道15b和第二激光器的激光光路通道16b通过第一焊头71和第二焊头72同时对焊缝进行同向焊接，加快焊接速度。

Claims (9)

1.一种带钢在线激光切割焊接装置，其特征是：包括机器人支架(1)、切割机器人(2)、焊接机器人(3)、第一夹具(4)、第二夹具(5)、激光切割加工头(6)、激光焊接加工头(7)和激光器；所述的第一夹具(4)和第二夹具(5)并排对应设置，所述的机器人支架(1)共有两个设置在第一夹具(4)和第二夹具(5)两侧，所述的切割机器人(2)和焊接机器人(3)分别设置在机器人支架(1)上，所述的激光切割加工头(6)固定在切割机器人(2)上，激光焊接加工头(7)固定在焊接机器人(3)上，激光切割加工头(6)和激光焊接加工头(7)分别通过光纤与激光器相连。

2.如权利要求1所述的带钢在线激光切割焊接装置，其特征是：该激光切割焊接装置还包括焊接处理小车(8)，所述的焊接处理小车(8)设置在第一夹具(4)和第二夹具(5)之间，焊接处理小车(8)上顺次设置有预热单元(12)、退火单元(13)和碾压轮(14)。

3.如权利要求2所述的带钢在线激光切割焊接装置，其特征是：所述的激光切割加工头(6)由并排设置的带尾切割头(61)和带头切割头(62)构成。

4.一种利用如权利要求1、2或3所述的带钢在线激光切割焊接装置进行的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一、待焊接的带钢尾部(9)进入第一夹具(4)夹紧，待焊接的带钢头部(10)进入第二夹具(5)夹紧，带钢进入切割位置准备切割，切割机器人(2)带动激光切割加工头(6)从待机位置向带钢方向运行，当到达带钢边部时，激光器光闸开启激光输出，激光切割加工头(6)对带钢尾部(9)和带钢头部(10)切割，切割结束后激光器光闸关闭；

步骤二、切割机器人(2)带动激光切割加工头(6)移动到带钢尾部(9)边部，进行工艺孔(11)的切孔作业，切孔完成后回到待机位置；

步骤三、带钢头部(10)靠向带钢尾部(9)进入到焊接位置，由焊接机器人(3)所带的激光焊接加工头(7)从待机位置向带钢方向运行，到达带钢边部时激光焊接加工头(7)沿带钢表面将带钢尾部(9)与带钢头部(10)焊接；

步骤四、焊接过程结束，带钢尾部(9)与带钢头部(10)连接在一起，焊接机器人(3)回起始位置，夹具松开，带钢进入下一工序。

5.如权利要求4所述的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是：所述的步骤一中，激光切割加工头(6)的切割速度为6~15m/min。

6.如权利要求4所述的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是：所述的步骤二中，工艺孔(11)的切孔作业为采用激光切割。

7.如权利要求6所述的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是：所述的步骤二中冲孔位置离带钢尾部(9)边部距离为40~80mm，工艺孔(11)的孔径为15~30mm。

8.如权利要求4所述的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是：所述的步骤三中，激光焊接加工头(7)的焊接速度为3~6m/min。

9.如权利要求4所述的带钢在线激光切割焊接方法，其特征是：所述的步骤三中还包括，在焊接时同步使用焊接处理小车(8)对焊接边部进行预热、碾压和退火处理；焊接时激光焊接加工头(7)对应设置在焊接处理小车(8)上的预热单元(12)与退火单元(13)之间，激光焊接加工头(7)与焊接处理小车(8)同步运行。

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