CN108500452A - 一种激光焊接自跟随保护气体喷吹*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接自跟随保护气体喷吹***，包括具有一喷杆的喷吹装置，该喷杆连接喷头；喷杆的喷吹通道上设有激光定位部件，由该激光定位部件发射的保护气体模拟信号自喷嘴射出后，以激光投射的形式标注出保护气体喷吹的实际位置；该***还包括位置检测、协调控制和流量及压力检测控制装置；以最终需喷吹的焊缝中间位置为目标位置，位置检测装置用于检测所述实际位置与目标位置的距离或重叠度；协调控制装置用于保持所述两位置的重叠或自动跟随；流量和压力检测控制部件用于检测保护气体喷吹通道的畅通情况并依据该结果进行流量调节；喷头的喷孔为圆孔形，其孔壁上开设有沿周壁均匀排列的凹槽，凹槽的槽底为方形。

Description

一种激光焊接自跟随保护气体喷吹***

技术领域

本发明涉及激光焊机等设备的激光焊接过程保护气体喷吹，特别适用于钢铁企业高速连轧机组激光焊机的二氧化碳激光焊接保护气体喷吹***。

背景技术

二冷轧酸轧激光焊机，主要用于焊接厚度在2mm-3mm、硬度HR30Te在42－65的热轧带钢，焊机激光源本体输出镜输出光斑直径为22mm，功率为8KW的激光束，激光具有比较好的深熔性，但在焊接融化钢材时，会产生大量的等离子云，导致其无法有效融化后续带钢而产生气孔和虚焊，所以需要使用保护气体将等离子云吹掉，该吹掉激光焊接等离子云的设备就是保护气体喷吹装置，喷吹装置安装在焊机导向轮的基座上，其底座固定孔为腰子型，采用螺栓固定，由于是腰子孔，喷嘴位置在螺栓固定前可根据激光大致位置进行粗略调整，鉴于喷嘴保护气体喷出方向和激光焦点位置在调整时均不可见，所以调整的准确性比较低，焊接时就容易产生焊接气孔，影响焊接质量，而气孔产生后必须对喷嘴位置进行调整，现有的设备由于调整准确性差、效率低，该问题严重影响焊机焊接质量和机组的正常生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以提高喷吹有效性及焊接质量的激光焊接自跟随保护气体喷吹***。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种激光焊接自跟随保护气体喷吹***，包括喷吹装置，所述喷吹装置具有一喷杆，所述喷杆头部连接一喷头；其特点为，所述喷杆的喷吹通道上设有一红宝石激光定位部件，由该红宝石激光定位部件发射的保护气体模拟信号经喷杆内部通道并自喷嘴射出后，以激光投射的形式标注出保护气体喷吹的实际位置；该喷吹***还包括：

位置检测装置；以最终需接受喷吹的焊缝中间位置为目标位置，所述位置检测装置用于检测所标注出的保护气体喷吹的实际位置与所述目标位置的距离或重叠度；和

协调控制装置，所述协调控制装置用于保持所标注出的保护气体喷吹的实际位置和目标位置的重叠或自动跟随；以及

流量和压力检测控制装置，所述流量和压力检测控制装置用于检测保护气体喷吹通道的畅通情况并依据所检测结果进行流量调节；

其中，所述喷头的喷孔的主体结构为圆孔形，其圆孔的孔壁上开设有一组沿周壁均匀排列的凹槽，所述凹槽的槽底为方形。

作为本技术方案的进一步改进，所述凹槽为5-8个。优选6个。

也作为本技术方案的进一步改进，所述位置检测装置包括图像采集设备以及用于分析和计算所采集图像信息的图像分析***。

作为本技术方案的更进一步改进，所述协调控制装置包括一用于控制喷吹装置相对位置的位置跟随调整装置，该调整装置包括可供喷杆横向移动的槽体、齿轮齿条传动***和提供驱动力的伺服电机及编码检测器(该编码检测器的作用是确定喷杆移动的量，简称编码器)。

作为本发明的优选实施例，所述红宝石激光定位部件设于所述喷杆的末端。

作为本发明的又一优选实施例，所述喷头的外缘周断面呈正六边形。

同样作为本技术方案的更进一步改进，所述流量和压力检测控制装置包括有流量自动调节阀、保护气体压力检测器及警报***。

其中，所述保护气体的流量目标值为10±0.5L/min，所述警报***的启动条件是***压力提升超过30％。

采用上述技术方案的该激光焊接自跟随保护气体喷吹***，与现有技术相比，提供了一种激光焊接自跟随保护气体喷吹装置，该喷吹装置实现了喷吹气流的可视性，准确的将保护气体喷吹焊缝的实际位置指示出来，通过位置检测***及协调控制部件在画面上显示出来，图像分析软件计算判断保护气体喷吹位置是否在焊接的焊缝中间位置，如检测偏差超范围可自动跟随焦点位置进行调节修正；流量与压力检测控制部件检测喷吹的保护气体是否畅通，可及时发现保护气体管路堵塞或喷嘴头被焊渣飞溅破坏问题，喷嘴头喷孔内壁采用方齿槽结构可以提高喷吹有效性，而外部采用外六角形形状方便使用套筒工具进行拆装更换，提高了保护气体喷嘴喷吹的准确性和维护的有效性，克服了现有技术的不足。

附图说明

图1为本发明激光焊接自跟随保护气体喷吹***的结构示意图；该图以分解的形式示意了该***的主要结构装置；

图2为该保护气体喷吹***的喷嘴头部件的结构示意图；

图3为该保护气体喷吹***的位置跟随调整部件的结构示意图；

图中：1——自跟随保护气体喷吹装置 10——喷嘴头部件 11——圆喷孔 12——方齿槽 13——外六角轮廓 14——喷嘴头本体 15——喷嘴头尾部细螺纹 20——喷杆30——红宝石激光定位部件 40——喷梁组件 50——位置跟随调整部件 51——带滑动槽的固定支架 52——可横移的喷梁 53——齿条 54——齿轮 55——伺服电机 56——编码器 60——流量与压力检测控制部件 71——激光反射镜 72——激光加工头 73——模拟激光束 75——需焊接入口带钢 76——需焊接出口带钢 78——已焊接的部分焊缝80——位置检测***及协调控制部件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。

本发明提供了一种激光焊接自跟随保护气体喷吹的***装置，其从设备部件结构和控制方式上都进行了改进，首先在喷吹装置喷杆末端安装红宝石激光定位部件，红宝石激光模拟保护气体从喷杆及喷嘴中射出，准确的将保护气体喷吹焊缝的实际位置指示出来，通过位置检测***及协调控制部件在CRT画面上显示出来，图像分析软件计算判断保护气体喷吹位置是否在焊接的焊缝中间位置即激光焦点位置，如测出偏差超范围可自动跟随焦点位置进行调节修正；流量与压力检测控制部件检测喷吹的保护气体是否畅通，可及时发现保护气体管路堵塞或喷嘴头被焊渣飞溅破坏问题，喷嘴头喷孔内壁采用方齿槽结构可以提高喷吹有效性，而外部采用外六角形形状方便使用套筒工具进行拆装更换，提高了喷嘴喷吹的准确性和维护的有效性，最终提高了焊机焊接焊缝质量的可靠性和机组运行有效性。

本发明具体是这样实现的：一种激光焊接自跟随保护气体喷吹装置主要包括红宝石激光定位部件30、圆孔壁槽加外六角型的喷嘴头部件10、位置跟随调整部件50、流量与压力检测控制部件60、位置检测***及协调控制部件80组成。

红宝石激光定位部件30主要有红宝石激光发生器、固定安装支架、控制及电源线路。

圆孔壁槽加外六角型喷嘴头部件10主要有中心圆喷孔11，喷孔内壁四周为5-8个方齿槽12，优选6个，喷嘴头外部为外六角形形状(外六角轮廓13)，喷嘴头本体14与喷吹装置喷杆20本体采用长牙细螺纹(参见图中的喷嘴头尾部细螺纹15)连接。

位置跟随调整部件50主要有喷杆横向移动槽、移动齿条53、齿轮54、微型伺服电机55、编码器56。参见图3所示的喷梁组件40，图中还示意了带滑动槽的固定支架51、可横移的喷梁52等部件。

流量与压力检测控制部件60主要有流量自动调节阀、压力检测器、流量与压力匹配调节及报警***。

位置检测***及协调控制部件80主要有焊缝拍摄传感器、图像分析***和输出控制***等。

其工作原理简单介绍如下：

激光焊接自跟随保护气体喷吹装置1：焊接步骤开始，喷吹装置喷杆20内置红宝石激光开启，可见激光束(图中的模拟激光束73)经激光反射镜71反射从喷嘴头部(图中的激光加工头72)射出，射到激光焊接位置，焊缝拍摄传感器拍摄焊接的焊缝和红宝石激光束，判断红宝石激光束与焊缝中心的偏差情况，当偏差值超过+/-0.3mm时***报警提醒出现偏差，经过操作人员确认后，***自动控制位置跟随调整部件将喷嘴位置调整到激光焦点的中心，消除偏差。如图所示，需焊接出口带钢76和需焊接入口带钢75要焊接在一起，两带钢间已经形成了部分焊缝(即图中的已焊接的部分焊缝78)，正常情况下发射的激光会落在已焊接的部分焊缝78的上端边缘以保持后续焊接的连续性(即目标位置和实际位置的保持一致是进一步施焊的前提条件)，但实际上有可能会发生偏差，因此需要上述的纠偏设置。

当一个生产周期内(24小时)***发生两次报警提醒喷嘴位置偏差时，需要操作维护人员，对喷嘴位置和激光焦点位置进行现场确认，焦点位置的偏差也会导致喷嘴位置报警，起到监控焦点位置是否偏差的作用。

流量与压力检测控制部件检测保护气体实际输出流量，要求流量为10±0.5L/min,当流量发生下降时***自动调节压力来稳定流量，当***压力提升超过30％时，控制***报警，提示维护人员检查保护气体回路和喷嘴状态，在***异常演变为故障前进行处理。

本技术方案提高了激光焊接保护气体喷吹的有效性从而提高焊机焊接焊缝质量的可靠性。通过用红外导向同步跟随调整，实现了保护气体喷吹的精准和高效，特别适用激光焊接质量要求高的场合。其圆孔壁槽加外六角型喷嘴的设计特别适用于焊接高强薄带钢。

本保护气体喷吹***试用于某冷轧HSL13型酸轧激光焊机的激光保护气体喷吹后，实现了保护气体喷吹气流的可视性，准确的将保护气体喷吹焊缝的实际位置指示出来，通过位置检测***及协调控制部件及图像分析软件计算判断保护气体喷吹位置是否在焊接的焊缝中间位置，发现偏差自动跟随焦点位置进行调节修正；提升了保护气体喷吹装置的有效性和可靠性，达到了焊接焊缝质量的稳定和提升。

Claims (9)

1.一种激光焊接自跟随保护气体喷吹***，包括喷吹装置，所述喷吹装置具有一喷杆，所述喷杆头部连接一喷头；其特征在于，所述喷杆的喷吹通道上设有一红宝石激光定位部件，由该红宝石激光定位部件发射的保护气体模拟信号经喷杆内部通道并自喷嘴射出后，以激光投射的形式标注出保护气体喷吹的实际位置；该喷吹***还包括：

位置检测装置；以最终需接受喷吹的焊缝中间位置为目标位置，所述位置检测装置用于检测所标注出的保护气体喷吹的实际位置与所述目标位置的距离或重叠度；和

协调控制装置，所述协调控制装置用于保持所标注出的保护气体喷吹的实际位置和目标位置的重叠或自动跟随；以及

流量和压力检测控制装置，所述流量和压力检测控制装置用于检测保护气体喷吹通道的畅通情况并依据所检测结果进行流量调节；

其中，所述喷头的喷孔的主体结构为圆孔形，其圆孔的孔壁上开设有一组沿周壁均匀排列的凹槽，所述凹槽的槽底为方形。

2.根据权利要求1所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述凹槽为5-8个。

3.根据权利要求2所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述凹槽为6个。

4.根据权利要求1、2或3所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述位置检测装置包括图像采集设备以及用于分析和计算所采集图像信息的图像分析***。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述协调控制装置包括一用于控制喷吹装置相对位置的位置跟随调整装置，该调整装置包括可供喷杆横向移动的槽体、齿轮齿条传动***和提供驱动力的伺服电机及确定喷杆移动量的编码检测器。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述红宝石激光定位部件设于所述喷杆的末端。

7.根据权利要求1、2或3所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述喷头的外缘周断面呈正六边形。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述流量和压力检测控制装置包括有流量自动调节阀、保护气体压力检测器及警报***。

9.根据权利要求8所述的激光焊接自跟随保护气体喷吹***，其特征在于，所述保护气体的流量目标值为10±0.5L/min，所述警报***的启动条件是***压力提升超过30％。