CN112775549A - 一种激光焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，尤其为一种激光焊接装置及其焊接方法，包括激光器、激光振镜头、焊接平台及工装，所述焊接平台的顶端设置有所述工装，所述工装内夹持有工件，所述激光器的一侧设置有所述激光振镜头，所述激光器包括光源、光纤电缆，其中，所述光源通过所述光纤电缆与所述激光振镜头相连接，所述焊接平台为xyz三轴模组运动平台；采用激光搅动熔池，避免热量过大导致起弧收弧焊接收缩造成焊接缺口的问题。

Description

一种激光焊接装置及其焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接装置及其焊接方法。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。但是，目前现有的激光焊接装置在实际使用时，由于热量过大导致起弧收弧焊接收缩造成焊接缺口，一直影响着激光焊接工艺焊接工件的质量。
为解决上述问题，本申请中提出一种激光焊接装置及其焊接方法。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种激光焊接装置及其焊接方法，具有热输入小、减小能量冲击及热收缩量小的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光焊接装置包括激光器、激光振镜头、焊接平台及工装，所述焊接平台的顶端设置有所述工装，所述工装内夹持有工件，所述激光器的一侧设置有所述激光振镜头，所述激光器包括光源、光纤电缆，其中，所述光源通过所述光纤电缆与所述激光振镜头相连接，所述焊接平台为xyz三轴模组运动平台。
作为本发明一种激光焊接装置优选的，所述激光振镜头包括与所述光纤电缆相连接接的透镜组一，所述透镜组一的一侧设置有反射镜组，所述反射镜组的下方设置有透镜组二，所述透镜组二的下方且位于所述焊接平台的顶端设置有所述工件。
作为本发明一种激光焊接装置优选的，所述反射镜组由若干反射镜构成，且所述反射镜均由扫描马达驱动并可转动。
作为本发明一种激光焊接装置优选的，所述工装包括对称设置在所述焊接平台顶端的压板，所述压板的一侧均对称设置有安装板，所述安装板与所述压板及所述安装板与所述焊接平台的顶端均通过螺栓固定。
作为本发明一种激光焊接装置优选的，所述光源可以为二氧化碳气体激光、YAG激光、光纤激光中的任意一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光焊接装置的焊接方法，该方法包括以下步骤：
S1：首先将工件通过工装安装在焊接平台上；
S2：按照焊接技术参数将待焊接工件对缝；
S3：清理焊缝；
S4：通过焊接平台在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹；
S5：对工件进行激光焊接。
作为本发明一种激光焊接装置的焊接方法优选的，所述S4中在通过焊接平台在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹时还包括以下步骤：
预先规定以接合区域的中央部为中心的同心圆形状的多个扫描轨迹；
将激光扫描的轨迹从这些圆环状的扫描轨迹中的前侧的圆环状的扫描轨迹向后侧的圆环状的扫描轨迹依次变更；
确定激光振镜头朝向焊接对象位置移动的信息，并将扫描轨迹，在激光器控制软件中编辑出激光出光控制参数。
作为本发明一种激光焊接装置的焊接方法优选的，所述S5中在对工件进行激光焊接时还包括以下步骤：
按照激光器控制软件中编辑出轨迹信息驱使扫描马达；
扫描马达驱动反射镜组转动，使激光束按照上述焊接轨迹移动；
激光振镜头朝向焊接对象的焊缝照射激光，进行激光焊接。
作为本发明一种激光焊接装置的焊接方法优选的，所述激光振镜头在焊接工件时的移动速度为5-60mm/s，光斑大小为14-30um，离焦距为-2--2mm。
作为本发明一种激光焊接装置的焊接方法优选的，所述激光振镜头在焊接工件时的振镜功率为80-120W，频率为1000Hz。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过激光振镜头画圆搅动焊接方式焊接工件，可以有效减小热输入，减小能量冲击，同时使热收缩量小，振镜画圆搅动焊接方式搅动熔池，增强焊接质量，热量均布，减小热收缩，采用激光搅动熔池，避免热量过大导致起弧收弧焊接收缩造成焊接缺口的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中工装的结构示意图；
图3为本发明焊接的原理图之一；
图4为本发明焊接的原理图之二；
图中：1、激光器；2、激光振镜头；201、透镜组一；202、反射镜组；203、透镜组二；204、扫描马达；3、焊接平台；4、工装；401、压板；402、安装板；5、工件；6、光源；7、光纤电缆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-2所示，一种激光焊接装置包括激光器1、激光振镜头2、焊接平台3及工装4，所述焊接平台3的顶端设置有所述工装4，所述工装4内夹持有工件5，所述激光器1的一侧设置有所述激光振镜头2，所述激光器1包括光源6、光纤电缆7，其中，所述光源6通过所述光纤电缆7与所述激光振镜头2相连接，所述焊接平台3为xyz三轴模组运动平台。
通过激光振镜头2画圆搅动焊接方式焊接工件5，可以有效减小热输入，激光搅动熔池，避免热量过大导致起弧收弧焊接收缩造成焊接缺口的问题。
在一个可选的实施例中，所述激光振镜头2包括与所述光纤电缆7相连接接的透镜组一201，所述透镜组一201的一侧设置有反射镜组202，所述反射镜组202的下方设置有透镜组二203，所述透镜组二203的下方且位于所述焊接平台3的顶端设置有所述工件5，通过透镜组一201和透镜组二203相配合，使该装置具备用于将激光形成为平行光的准直透镜、使激光在工件的加工点以连接焦点的方式会聚的聚光透镜。
在一个可选的实施例中，所述反射镜组202由若干反射镜构成，且所述反射镜均由扫描马达204驱动并可转动，反射镜能够分别以转动轴为中心转动，具体地说，转动轴与扫描马达204连接，通过转动轴随着扫描马达204的动作进行的转动，通过这些反射镜31的转动而扫描激光，能够使激光的照射位置在工件的规定范围内移动，进而能够在不使激光振镜头2本身移动的情况下移动激光的照射位置。
在一个可选的实施例中，所述工装4包括对称设置在所述焊接平台3顶端的压板401，所述压板401的一侧均对称设置有安装板402，所述安装板402与所述压板401及所述安装板402与所述焊接平台3的顶端均通过螺栓固定。
在一个可选的实施例中，所述光源6可以为二氧化碳气体激光、YAG激光、光纤激光中的任意一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光焊接装置的焊接方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：首先将工件5通过工装4安装在焊接平台3上；
步骤S2：按照焊接技术参数将待焊接工件5对缝；
步骤S3：清理焊缝；
步骤S4：通过焊接平台3在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹；
具体的，所述S4中在通过焊接平台3在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹时还包括以下步骤：
预先规定以接合区域的中央部为中心的同心圆形状的多个扫描轨迹；
将激光扫描的轨迹从这些圆环状的扫描轨迹中的前侧的圆环状的扫描轨迹向后侧的圆环状的扫描轨迹依次变更；
确定激光振镜头2朝向焊接对象位置移动的信息，并将扫描轨迹，在激光器控制软件中编辑出激光出光控制参数。
步骤S5：对工件5进行激光焊接；
具体的，所述S5中在对工件5进行激光焊接时还包括以下步骤：
按照激光器控制软件中编辑出轨迹信息驱使扫描马达204；
扫描马达204驱动反射镜组202转动，使激光束按照上述焊接轨迹移动；
激光振镜头2朝向焊接对象的焊缝照射激光，进行激光焊接。
在一个可选的实施例中，所述激光振镜头2在焊接工件时的移动速度为5-60mm/s，光斑大小为14-30um，离焦距为-2--2mm。
在一个可选的实施例中，所述激光振镜头2在焊接工件时的振镜功率为80-120W，频率为1000Hz。
本发明的工作原理及使用流程：在实际使用时，如图3-4所示，激光振镜头2发出的激光沿着第一扫描轨迹照射，并且激光沿着该第一扫描轨迹旋转(绕圈)多次，届时旋转次数(绕圈数)以得到工件5焊缝熔融金属F，交联的熔融金属F的体积的方式通过实验求得，这样在使激光沿着第一扫描轨迹旋转多次的激光照射工序中，在所述第一扫描轨迹及其周边部，左右工件拼焊板材熔融，由该熔融金属F形成熔池P，通过激光的扫描，熔池P内的熔融金属F被搅拌而流动，即熔融金属F在熔池P内被搅和，此时，熔池P通过熔融金属F向周向流动而形成为研钵形状，同时，在熔池P中，发生熔融金属F的波动，该熔融金属F发生波动的熔池P因熔融金属F的表面张力而汇集，形成没有空孔或分离珠(separatedbead)的接合部，从而抑制板材首末端焊接熔池不均分而导致冷却收缩时形成缺口，如此在熔池P中，通过激光的扫描，熔融金属F一边流动一边产生波动，所以熔池P充分地熔融且搅拌混合，可以良好得排出气泡，熔池P通过激光的扫描一边流动一边起伏，所以熔池P被充分地搅拌混合，元素充分扩散而抑制偏析，并且温度均一，从而能够抑制组织不均匀，使焊缝更加均匀平整避免缺口的出现。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊接装置，其特征在于：包括激光器（1）、激光振镜头（2）、焊接平台（3）及工装（4），所述焊接平台（3）的顶端设置有所述工装（4），所述工装（4）内夹持有工件（5），所述激光器（1）的一侧设置有所述激光振镜头（2），所述激光器（1）包括光源（6）、光纤电缆（7），其中，所述光源（6）通过所述光纤电缆（7）与所述激光振镜头（2）相连接，所述焊接平台（3）为xyz三轴模组运动平台。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接装置，其特征在于：所述激光振镜头（2）包括与所述光纤电缆（7）相连接接的透镜组一（201），所述透镜组一（201）的一侧设置有反射镜组（202），所述反射镜组（202）的下方设置有透镜组二（203），所述透镜组二（203）的下方且位于所述焊接平台（3）的顶端设置有所述工件（5）。
3.根据权利要求2所述的一种激光焊接装置，其特征在于：所述反射镜组（202）由若干反射镜构成，且所述反射镜均由扫描马达（204）驱动并可转动。
4.根据权利要求3所述的一种激光焊接装置，其特征在于：所述工装（4）包括对称设置在所述焊接平台（3）顶端的压板（401），所述压板（401）的一侧均对称设置有安装板（402），所述安装板（402）与所述压板（401）及所述安装板（402）与所述焊接平台（3）的顶端均通过螺栓固定。
5.根据权利要求4所述的一种激光焊接装置，其特征在于：所述光源（6）可以为二氧化碳气体激光、YAG激光、光纤激光中的任意一种。
6.一种激光焊接装置的焊接方法，用于权利要求4所述的激光焊接装置，该方法包括以下步骤：
S1：首先将工件（5）通过工装（4）安装在焊接平台（3）上；
S2：按照焊接技术参数将待焊接工件（5）对缝；
S3：清理焊缝；
S4：通过焊接平台（3）在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹；
S5：对工件（5）进行激光焊接。
7.根据权利要求6所述的一种激光焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述S4中在通过焊接平台（3）在XYZ三轴模组运动平台中预先离线示教，确定焊接轨迹时还包括以下步骤：
预先规定以接合区域的中央部为中心的同心圆形状的多个扫描轨迹；
将激光扫描的轨迹从这些圆环状的扫描轨迹中的前侧的圆环状的扫描轨迹向后侧的圆环状的扫描轨迹依次变更；
确定激光振镜头（2）朝向焊接对象位置移动的信息，并将扫描轨迹，在激光器控制软件中编辑出激光出光控制参数。
8.根据权利要求6所述的一种激光焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述S5中在对工件（5）进行激光焊接时还包括以下步骤：
按照激光器控制软件中编辑出轨迹信息驱使扫描马达（204）；
扫描马达（204）驱动反射镜组（202）转动，使激光束按照上述焊接轨迹移动；
激光振镜头（2）朝向焊接对象的焊缝照射激光，进行激光焊接。
9.根据权利要求8所述的一种激光焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述激光振镜头（2）在焊接工件时的移动速度为5-60mm/s，光斑大小为14-30um，离焦距为-2--2mm。
10.根据权利要求8所述的一种激光焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述激光振镜头（2）在焊接工件时的振镜功率为80-120W，频率为1000Hz。
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