CN114453745A - 一种具有双环结构的预热激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双环结构的预热激光器，包括有双环激光焊接头以及设置于焊缝前进方向的激光预热头，激光预热头通过第一驱动***可独立的沿焊缝进行移动以完成对焊缝的预热，双环激光焊接头与激光预热头相连后可同步沿焊缝移动以完成焊缝的焊接，激光预热头与双环激光焊接头同步移动时对焊缝进行选择性的热补偿；双环激光焊接头上安装有用于检测预热温度的温度传感器，在焊接过程中，温度传感器检测到焊缝预热不合格时，第二驱动***受控于温度传感器驱动激光预热头沿焊缝相反方向运动至双环激光焊接头所停留的位置。本发明中激光预热头与双环激光焊接头同步移动时，激光预热头可对预热温度不达标的焊缝进行热补偿，使焊缝处受热更加均匀，保障了焊接质量以及效率。

Description

一种具有双环结构的预热激光器

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种具有双环结构的预热激光器。

背景技术

在激光焊接过程中，激光功率密度过高，工件在短时间内吸收了较多的激光能量，材料严重汽化，局部温度过高，熔池反应剧烈易形成焊接飞溅。而预热则具有降低焊接接头区域的温差、减小焊接过程所产生的内应力的作用，因此，目前在激光焊接前，普遍需要对待焊件进行预热，以保证焊接质量。

目前，中国专利公开了申请号为202011406902.7，名称为具有预热功能的激光焊接装置及预热焊接方法，其包括有激光预热***和激光焊接平台，采用半导体激光器的大尺寸直径激光束对焊件焊缝处进行预热，可以加热不同结构、尺寸的焊件，适用性强，加热效率高，预热区域精准，焊件不存在预热焊缝以外多余部位以及内外温差的问题。但是其激光预热***和激光焊接平台是两套完全独立的***，即每套***都需要分别相对应的驱动***，而且相互运动时也彼此独立运行，激光预热***首先动作完成预热后，激光焊接平台投入工作进行焊接，但是待焊件在完成预热后，其会存在短时间内产生温度损失，如果待焊件的焊缝处因温度下降至预设值且得不到补偿时，直接影响到焊接质量。

鉴于上述情况，本发明提出一种具有双环结构的预热激光器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双环结构的预热激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有双环结构的预热激光器，包括有双环激光焊接头以及设置于焊缝前进方向的激光预热头，激光预热头通过第一驱动***可独立的沿焊缝进行移动以完成对焊缝的预热，双环激光焊接头与激光预热头相连后可同步沿焊缝移动以完成焊缝的焊接，激光预热头与双环激光焊接头同步移动时对焊缝进行选择性的热补偿；双环激光焊接头上安装有用于检测预热温度的温度传感器，并且温度传感器与第一驱动***信号连接，还包括有驱动激光预热头沿焊缝方向进行往复运动的第二驱动***，温度传感器与第二驱动***信号连接；在焊接过程中，温度传感器检测到焊缝预热不合格时，第一驱动***受控于温度传感器停止运动，第二驱动***受控于温度传感器驱动激光预热头沿焊缝相反方向运动至双环激光焊接头所停留的位置。

优选的，还包括有安装板，安装板内部的两侧壁上沿其长度方向形成有限位滑轨，安装板的内部安装有移动板，并且移动板的顶部与安装板的顶部之间形成有间隙，移动板通过安装板两侧的限位滑轨与之滑动相连，第一驱动***包括有固定移动板顶部的第一伺服电机，第一伺服电机的电机轴沿竖直方向向下延伸穿过移动板后固定连接有齿轮，安装板底部的任一内侧沿其长度方向安装有齿条，齿轮与齿条相啮合，激光预热头滑动安装于移动板底部的凹型槽内。

优选的，第二驱动***包括有固定安装在移动板顶部的第二伺服电机和滑动安装于移动板凹型槽内部的滑动块和滑动框，第二伺服电机的电机轴穿过移动板后固定连接有圆板，圆板的圆周面上沿其径向延伸形成有连接短杆，滑动框的内部滑动连接有T型滑块，T型滑块的底部与连接短杆的底部之间铰接有铰接杆，激光预热头的顶部通过沿竖直方向设置的连接柱连接于滑动块的底部，连接柱与T型滑块的一侧通过固定连杆相连。

优选的，双环激光焊接头滑动安装于安装板的内部，并且双环激光焊接头与移动板可拆卸连接。

优选的，安装板内侧沿其长度方向的两端固定安装有安装座，两个安装座之间连接有导向杆，双环激光焊接头的顶部固定连接有呈矩形结构的固定块，固定块的顶部与安装板内侧的顶部滑动配合连接，固定块套接于导向杆上并与之滑动连接。

优选的，滑动块朝向双环激光焊接头的一侧侧壁上沿水平方向固定连接有推杆，固定块的侧壁上形成有与推杆锥部相适配的限位槽，当T型滑块滑动至滑动框左侧的端部时，推杆可延伸至移动板外部。

优选的，移动板朝向双环激光焊接头的一端沿水平方向固定连接有可伸缩的插接杆，固定块的侧壁上对应插接杆的位置处形成有定位套，插接杆通过伸缩***至定位套内并与之通过电磁吸附相连。

优选的，所述双环激光焊接头(3)包括中心激光头(301)和环形激光头(302)，中心激光头(301)用于在接收到所述中心光模拟信号之后生成中心光激光束，环形激光头(302)用于在接收到所述环形光模拟信号之后生成环形光激光束。

优选的，所述激光预热头(4)的侧壁上固定有连接板(26)，连接板(26)的下表面垂直固定有电动伸缩杆(27)，电动伸缩杆(27)的下端固定有刷板(28)。

与现有技术相比，本发明提供了一种具有双环结构的预热激光器，具备以下有益效果：

(1)本发明中的激光预热头和双环激光焊接头共用一套驱动***，其中的激光预热头可通过第一驱动***独立的沿焊缝进行移动以完成对焊缝的预热。而双环激光焊接头与激光预热头相连后可同步沿焊缝移动以完成焊缝的焊接，可节省双环激光焊接头运动所需要的驱动***，因此能够减少整个装置的生产成本。

(2)激光预热头与双环激光焊接头同步移动时，双环激光焊接头上的温度传感器可对焊缝处进行实时监测，并控制第一驱动***和第二驱动***动作，在焊接过程中，温度传感器检测到焊缝预热不合格时，第一驱动***受控于温度传感器停止运动，第二驱动***受控于温度传感器驱动激光预热头沿焊缝相反方向运动至双环激光焊接头所停留的位置，激光预热头对预热温度不达标的焊缝进行热补偿，从而使焊缝处的受热更加均匀，保障了焊接质量以及效率。

(3)本发明通过双环激光焊接头进行双环出光，可以大大提高焊接的效率，焊接的范围也比较大。

(4)本发明通过设置刷板，可以在正式焊接前对焊缝处进行清扫，能够保证整体焊接环境的清洁。

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为本发明实施例中整个装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中安装板内部的结构示意图；

图3为本发明实施例中移动板内部结构示意图；

图4为本发明实施例中安装板内部另一角度的局部示意图；

图5为本发明实施例中整个装置垂直于长度方向的剖面示意图；

图6为本发明实施例中双环激光焊接头的结构示意图；

图中：1、支撑架；2、安装板；3、双环激光焊接头；4、激光预热头；5、安装座；6、导向杆；7、限位滑轨；8、移动板；9、齿轮；10、圆板；11、滑动块；12、连接短杆；13、铰接杆；14、滑动框；15、T型滑块；16、固定连杆；17、连接柱；18、齿条；19、第一伺服电机；20、固定块；21、插接杆；22、定位套；23、推杆；24、温度传感器；25、第二伺服电机，26-连接板，27-电动伸缩杆，28-刷板。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-图6，本实施例提出一种具有双环结构的预热激光器，包括有双环激光焊接头3以及设置于焊缝前进方向的激光预热头4。其中，激光预热头4通过第一驱动***独立的沿焊缝进行移动以完成对焊缝的预热，完成预热后的激光预热头4返回至初始位置，随后双环激光焊接头3与激光预热头4相连，并且双环激光焊接头3和激光预热头4连接成一体后借助于第一驱动驱动同步沿焊缝移动以完成焊缝的焊接，采用此种结构可节省双环激光焊接头3运动所需要的驱动***，因此，可减少整个装置的生产成本，而且在激光预热头4与双环激光焊接头3同步移动的过程中，激光预热头4还可以根据待焊件的温度情况进行选择性的热补偿，防止待焊件因预热不合格而影响焊接效率甚至出现焊缝缺陷。为了在焊接前对焊缝处的温度进行实时的监控，本申请中在双环激光焊接头3上安装有用于检测预热温度的温度传感器24，并且温度传感器24与第一驱动***信号连接，当温度传感器24检测到焊缝处的预热温度不达标时，第一驱动接收到信号后会停止动作。本发明还包括有驱动激光预热头4沿焊缝方向进行往复运动的第二驱动***，同样的，温度传感器24与第二驱动***也建立信号连接。在焊接过程中，温度传感器24检测到焊缝预热不合格时，第一驱动***受控于温度传感器24停止运动，第二驱动***受控于温度传感器24动作，驱动激光预热头4沿焊缝相反方向运动至双环激光焊接头3所停留的位置，然后激光预热头4对不合格的位置重新进行热补偿，使其预热温度达到预设值。

具体的，激光预热头4的侧壁上固定有连接板26，连接板26的下表面垂直固定有电动伸缩杆27，电动伸缩杆27的下端固定有刷板28，激光预热头4在对焊缝进行预热时，通过电动伸缩杆27向下伸出使刷板28下方的刷毛与待焊接工件的表面接触，激光预热头4通过第一驱动***独立的沿焊缝进行移动的过程中能够同时带着刷板28移动，对工件的表面进行清洁。

具体的，双环激光焊接头3包括中心激光头301和环形激光头302，中心激光头301用于在接收到所述中心光模拟信号之后生成中心光激光束，环形激光头302用于在接收到所述环形光模拟信号之后生成环形光激光束。其中，中心光激光束用于对焊缝处进行焊接，环形光激光束用于对焊接点周圈进行保温预热，从而提高焊接的速度与质量。

具体的，本实施例中的第一驱动***包括有固定在移动板8顶部的第一伺服电机19，第一伺服电机19的电机轴沿竖直方向向下延伸穿过移动板8后固定连接有齿轮9，安装板2底部的任一内侧沿其长度方向安装有齿条18，齿轮9与齿条18相啮合，另外，安装板2内部的两侧壁上沿其长度方向形成有限位滑轨7，移动板8通过安装板2两侧的限位滑轨7与之滑动相连，通过第一伺服电机19驱动齿轮9进行旋转，而齿轮9与齿条18相啮合因此会驱动移动板8在安装板2内部进行滑动，需要说明的是，移动板8的顶部与安装板2的顶部之间形成有间隙，而第一伺服电机19的顶部位于该间隙内并且避免与安装板2的顶部相接触，防止移动板8相对于安装板2滑动时产生干涉。

本申请在对焊缝进行焊接前，激光预热头4首先会沿着焊缝对其进行整体预热，待预热结束后，双环激光焊接头3动作开始对焊缝进行焊接，但是焊接需要一个过程，在这个过程中，焊缝的温度会下降，因此会造成焊缝的预热温度低于预设值，因此就需要在焊接的过程中，继续通过激光预热头4及时的对温度不合格的位置进行热补偿，在热补偿的过程中，就需要双环激光焊接头3能够停下甚至向前返回一段距离，激光预热头4通过第二驱动***运动至不合格的地方。

第二驱动***包括有固定安装在移动板8顶部的第二伺服电机25和滑动安装于移动板8凹型槽内部的滑动块11和滑动框14，第二伺服电机25的电机轴穿过移动板8后固定连接有圆板10，圆板10的圆周面上沿其径向延伸形成有连接短杆12，滑动框14的内部滑动连接有T型滑块15，T型滑块15的底部与连接短杆12的底部之间铰接有铰接杆13，激光预热头4的顶部通过沿竖直方向设置的连接柱17连接于滑动块11的底部，连接柱17与T型滑块15的一侧通过固定连杆16相连，第二驱动***动作时，第二伺服电机25驱动圆板10进行旋转，连接短杆12通过铰接杆13驱动T型滑块15在滑动框14内往复的滑动，T型滑块15在滑动框14内滑动过程中通过固定连杆16驱动滑动块11沿移动板8内部往复滑动。

安装板2内侧沿其长度方向的两端固定安装有安装座5，两个安装座5之间连接有导向杆6，双环激光焊接头3的顶部固定连接有呈矩形结构的固定块20，固定块20的顶部与安装板2内侧的顶部滑动配合连接，固定块20套接于导向杆6上并与之滑动连接。移动板8朝向双环激光焊接头3的一端沿水平方向固定连接有可伸缩的插接杆21，固定块20的侧壁上对应插接杆21的位置处形成有定位套22，插接杆21通过伸缩***至定位套22内并与之通过电磁吸附相连，当焊缝完成预热后，移动板8端部的两个插接杆21***至双环激光焊接头3顶部的定位套22内，通过电磁吸附形式可将双环激光焊接头3与移动板8连接成一个整体，双环激光焊接头3和激光预热头4通过第一驱动***可沿安装板2进行滑动，进而完成对焊缝的焊接作业。

滑动块11朝向双环激光焊接头3的一侧侧壁上沿水平方向固定连接有推杆23，固定块20的侧壁上形成有与推杆23锥部相适配的限位槽，当温度传感器24检测到焊缝处温度不达标时，其向第一伺服电机19和第二伺服电机25发送信号，第一伺服电机19停止动作，而第二伺服电机25则启动，第二伺服电机25驱动激光预热头4向双环激光焊接头3方向移动，为了使滑动块11上的推杆23能够顺利的推动双环激光焊接头3沿导向杆6向后滑动，本申请中对推杆23的长度需要进行先动，即当T型滑块15滑动至滑动框14左侧的端部时，推杆23务必要保证可延伸至移动板8外部，如此才能对固定块20形成一个推动。

本发明提出一种具有双环结构的预热激光器，该预热激光器可完成焊缝的预热和焊接，工作时，首先启动第一伺服电机19驱动齿轮9进行旋转，齿轮9与齿条18相啮合，因此会带动移动板8在安装板2内部进行滑动，T型滑块15初始状态时位于滑动框14最右侧，第二伺服电机25不工作，激光预热头4与移动板8同步移动完成对焊缝的预热，随后第一伺服电机19反转使激光预热头4返回至初始位置，移动板8末端的插接杆21***至固定块20上的定位套22内，定位套22内部的电磁吸附块动作将两者牢牢的吸附住电磁吸附块采用目前现有的技术，附图中未示意出，使移动板8与双环激光焊接头3形成一个整体，此时再次启动第一伺服电机19驱动双环激光焊接头3和移动板8沿安装板2同步进行移动，双环激光焊接头3上的温度传感器24工作状态对焊缝处的温度进行监测，若监测到的预热温度达标，则双环激光焊接头3动作完成焊接，若监测到焊缝处的温度不达标时，第一伺服电机19停止动作，第二伺服电机25启动驱动圆板10旋转，进而驱动T型滑块15在滑动框14内朝向双环激光焊接头3的方向滑动，滑动块11一侧的推杆23滑出移动板8后***至固定块20内部的限位槽内将双环激光焊接头3顶开，使双环激光焊接头3向前进方向相反的一侧滑动，直至激光预热头4移动至焊缝温度不达标位置，激光预热头4启动对此处进行温度补偿，待该处的温度合格后，第一伺服电机19启动再次驱动双环激光焊接头3和移动板8向前移动，直至整个焊缝完成焊接作业，随后第一伺服电机19反转驱动双环激光焊接头3和移动板8返回至初始位置，以待下一次作业。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的远离和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种具有双环结构的预热激光器，包括有双环激光焊接头(3)以及设置于焊缝前进方向的激光预热头(4)，其特征在于：激光预热头(4)通过第一驱动***可独立的沿焊缝进行移动以完成对焊缝的预热，双环激光焊接头(3)与激光预热头(4)相连后可同步沿焊缝移动以完成焊缝的焊接，激光预热头(4)与双环激光焊接头(3)同步移动时对焊缝进行选择性的热补偿；双环激光焊接头(3)上安装有用于检测预热温度的温度传感器(24)，并且温度传感器(24)与第一驱动***信号连接，还包括有用于驱动激光预热头(4)沿焊缝方向进行往复运动的第二驱动***，温度传感器(24)与第二驱动***信号连接；在焊接过程中，温度传感器(24)检测到焊缝预热不合格时，第一驱动***受控于温度传感器(24)停止运动，第二驱动***受控于温度传感器(24)驱动激光预热头(4)沿焊缝相反方向运动至双环激光焊接头(3)所停留的位置。

2.根据权利要求1所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：还包括有安装板(2)，安装板(2)内部的两侧壁上沿其长度方向形成有限位滑轨(7)，安装板(2)的内部安装有移动板(8)，并且移动板(8)的顶部与安装板(2)的顶部之间形成有间隙，移动板(8)通过安装板(2)两侧的限位滑轨(7)与之滑动相连，第一驱动***包括有固定移动板(8)顶部的第一伺服电机(19)，第一伺服电机(19)的电机轴沿竖直方向向下延伸穿过移动板(8)后固定连接有齿轮(9)，安装板(2)底部的任一内侧沿其长度方向安装有齿条(18)，齿轮(9)与齿条(18)相啮合，激光预热头(4)滑动安装于移动板(8)底部的凹型槽内。

3.根据权利要求2所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：第二驱动***包括有固定安装在移动板(8)顶部的第二伺服电机(25)和滑动安装于移动板(8)凹型槽内部的滑动块(11)和滑动框(14)，第二伺服电机(25)的电机轴穿过移动板(8)后固定连接有圆板(10)，圆板(10)的圆周面上沿其径向延伸形成有连接短杆(12)，滑动框(14)的内部滑动连接有T型滑块(15)，T型滑块(15)的底部与连接短杆(12)的底部之间铰接有铰接杆(13)，激光预热头(4)的顶部通过沿竖直方向设置的连接柱(17)连接于滑动块(11)的底部，连接柱(17)与T型滑块(15)的一侧通过固定连杆(16)相连。

4.根据权利要求2所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于，双环激光焊接头(3)滑动安装于安装板(2)的内部，并且双环激光焊接头(3)与移动板(8)可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：安装板(2)内侧沿其长度方向的两端固定安装有安装座(5)，两个安装座(5)之间连接有导向杆(6)，双环激光焊接头(3)的顶部固定连接有呈矩形结构的固定块(20)，固定块(20)的顶部与安装板(2)内侧的顶部滑动配合连接，固定块(20)套接于导向杆(6)上并与之滑动连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：滑动块(11)朝向双环激光焊接头(3)的一侧侧壁上沿水平方向固定连接有推杆(23)，固定块(20)的侧壁上形成有与推杆(23)锥部相适配的限位槽，当T型滑块(15)滑动至滑动框(14)左侧的端部时，推杆(23)可延伸至移动板(8)外部。

7.根据权利要求5或6所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：移动板(8)朝向双环激光焊接头(3)的一端沿水平方向固定连接有可伸缩的插接杆(21)，固定块(20)的侧壁上对应插接杆(21)的位置处形成有定位套(22)，插接杆(21)通过伸缩***至定位套(22)内并与之通过电磁吸附相连。

8.根据权利要求1所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：所述双环激光焊接头(3)包括中心激光头(301)和环形激光头(302)，中心激光头(301)用于在接收到所述中心光模拟信号之后生成中心光激光束，环形激光头(302)用于在接收到所述环形光模拟信号之后生成环形光激光束。

9.根据权利要求1所述的一种具有双环结构的预热激光器，其特征在于：所述激光预热头(4)的侧壁上固定有连接板(26)，连接板(26)的下表面垂直固定有电动伸缩杆(27)，电动伸缩杆(27)的下端固定有刷板(28)。

Images