CN117644290B - 一种高强钢激光飞行焊工艺及焊接*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高强钢激光飞行焊工艺及焊接***，一种高强钢激光飞行焊工艺，包括以下步骤：S100.固定工序：将两块待焊接的钢板拼合并固定设置在焊接平台上，且两块钢板的拼合位置界定一拼接线，拼接线为直线；S200.调整工序：绕Z轴旋转焊接平台，并使拼接线沿前后方向设置；S300.焊接工序：利用激光焊接头沿拼接线方向焊接钢板，同时绕Y轴旋转焊接平台，使焊接平台和激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，并沿拼接线方向形成焊缝。本申请的一个目的在于提供一种焊接强度好、不易断裂的高强钢激光飞行焊工艺及焊接***。

Description

一种高强钢激光飞行焊工艺及焊接***

技术领域

本申请涉及激光焊接领域，特别涉及一种高强钢激光飞行焊工艺及焊接***。

背景技术

LSW激光飞行焊（Laser Scanner Welding，激光扫描焊接），这是近年来出现在国内外市场上的一种新型高效焊接技术，LSW激光飞行焊（Laser Scanner Welding，激光扫描焊接），之所以被称为飞行焊，原因是其扫描头可以从500mm以外的位置，不移动扫描头的情况下通过扫描镜的运动进行类似光扫描的焊接。具体来说，激光扫描焊接是一种利用高速扫描振动透镜加工长工作距离的激光焊接方法。其定位精度高，时间短，焊接速度快，效率高；不会与焊接夹具发生干涉，光学镜片污染较小；可以定制任意形状的焊缝，以优化结构强度。一般焊缝没有气体保护，飞溅较大。广泛应用于车身板件、镀锌钢板等产品的薄型高强度钢板。

但是，将现有的激光飞行焊应用在高强钢上，容易出现焊接之后连接强度差、开裂、断裂等问题，是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种焊接强度好、不易断裂的高强钢激光飞行焊工艺。

本申请的另一个目的在于提供一种焊接强度好、不易断裂的高强钢激光飞行焊的焊接***。

为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：

一种高强钢激光飞行焊工艺，包括以下步骤：

S100.固定工序：将两块待焊接的钢板拼合并固定设置在焊接平台上，且两块所述钢板的拼合位置界定一拼接线，所述拼接线为直线；

S200.调整工序：绕Z轴旋转所述焊接平台，并使所述拼接线沿前后方向设置；

S300.焊接工序：利用激光焊接头沿所述拼接线方向焊接所述钢板，同时绕Y轴旋转所述焊接平台，使所述焊接平台和所述激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，并沿所述拼接线方向形成焊缝。

值得一提的是，激光焊接头指的是激光飞行焊的焊接头，其和普通激光焊接头不同，通常其内部设置有多个可以旋转的反射镜，通过多个不同角度的反射镜反射激光，从而使激光发射到待焊接的位置，通常情况下，该激光焊接头在焊接工序中保持静止状态，通过改变内部反射镜的角度，从而改变激光的发射角度和到达位置，进而使激光的到达位置能沿拼接线方向进行移动，实现焊接工序并形成焊缝。

另外，为便于理解，在本申请中具有两种坐标系，分别是XYZ坐标系和前后左右上下坐标系，其中XYZ坐标系为相对坐标系，其建立在焊接平台上，随焊接平台的转动而转动；前后左右上下坐标系为绝对坐标系，其建立在底座上，不会随焊接平台的转动而转动，因此两个坐标系之间会产生相对运动（转动）。

发明人进一步分析现有激光飞行焊技术应用在高强钢上，容易出现连接强度差、开裂、断裂等问题的原因，发现高强钢具有较高的碳当量和强度，其本身的强度较高，在两块板焊接完成后，焊缝所在位置为焊接成型的高强钢的强度最薄弱处，容易出现应力集中等问题，另外，由于激光飞行焊技术的局限性，使激光焊接头发射的激光并不总是垂直入射到工件（也即高强钢板）上面，从而影响了焊接熔池的空间形状，造成焊缝各个位置的焊接熔池形状不一，进而使得焊缝各个位置的连接强度不同，造成强度较低的位置容易出现变形、开裂等问题，影响高强钢的焊接稳定性和耐用性。

值得一提的是，两块高强钢板拼合，其拼接线为一具有斜率的直线，并且针对不同的钢板其拼接线具有不同的斜率。现有技术中，如果直接利用激光焊接头使其发射出的激光的到达位置能沿不同斜率的拼接线移动，需要控制激光焊接头的反射镜（同一反射镜）绕多个不同的旋转轴进行旋转，其响应速度较慢，控制难度较高，制造成本较高，或者需要同时糅合直线运动和旋转运动，以达到激光焊接头使其发射出的激光的到达位置能沿不同斜率的拼接线移动的目的，造成激光焊接头成本高、体积大等问题。

基于此，本申请的发明人开发了一种高强钢激光飞行焊工艺，具有以下有益效果：

（1）通过调整工序，使焊接平台能绕Z轴方向转动，并使拼接线沿前后方向设置，因此对于不同斜率的拼接线，通过调整工序调整后，均能使拼接线沿前后方向设置，因此在后续焊接工序中，对激光焊接头内的激光光束射出的角度和方位控制的需求减少，针对不同斜率的拼接线，只需要经过计算和多次重复实验，拟合出激光焊接头内部的反射镜转动的轨迹，从而在针对不同斜率的拼接线时，均能实现重复焊接、焊接精度高、控制需求小、成本低的目的；

（2）在焊接工序中，通过在焊接同时绕Y轴旋转焊接平台，使焊接平台和激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，从而保证了在焊接过程中，射出的激光光束始终垂直于激光焊接平台，从而使得焊缝各个位置的熔接池的空间形状较为一致，进而使得焊缝各个位置的强度较为一致，避免由于部分位置的强度较低，造成容易断裂的问题，影响焊接成型的高强钢板的质量和耐用性。

使用上述的一种高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，所述焊接***包括：

焊接平台，待焊接的钢板适于拼合并固定设置在所述焊接平台上，所述焊接平台的上部设置有激光焊接头，所述激光焊接头适于焊接拼合后的所述钢板；

旋转组件，所述旋转组件设置在所述焊接平台的下部，所述旋转组件适于驱动所述焊接平台绕Z轴转动，并使两块所述钢板拼合后形成的拼接线沿前后方向设置，且所述激光焊接头设置在所述拼接线中点位置的上方；

倾角转换组件，所述倾角转换组件设置在所述焊接平台的两侧，所述倾角转换组件适于驱动所述焊接平台绕Y轴转动，从而使所述焊接平台和所述激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，并沿所述拼接线方向形成焊缝。

使激光焊接头设置在拼接线中点位置的上方，可以使得后续控制激光焊接头***出的激光光束的发射角度较为容易，并且后期计算需要控制倾角转换组件的转动角度较为容易，减少控制难度，降低控制成本，并使得焊接***的稳定性和耐用性得到进一步的提高。

另外设置倾角转换组件驱动焊接平台绕Y轴转动，而不是驱动焊接平台绕左右方向转动（绕左右方向转动，指的是该旋转轴沿左右方向延伸），具有以下好处：其一，倾角转换组件可以安装在焊接平台上，并随焊接平台一起转动，从而减少本申请的焊接***的复杂性，并使结构更加简单，避免多个构件出现干涉等问题，造成本申请的焊接***的内部体积不必要的增加；其二，由于采用的激光焊接头是利用飞行焊原理制成的，因此可以通过控制内部反射镜的旋转角度实现对射出的激光光束的角度的控制，从而实现激光光束垂直于焊接平台设置的目的，进而实现激光光束能垂直于拼接线设置并沿拼接线的方向而改变。

而且，由于调整工序的设置，可以在S200步骤后，使拼接线能沿前后方向设置，对于内部具有两个反射镜的激光焊接头而言，只需要控制各个反射镜的沿某一固定轴转动，即可以实现激光光束垂直于焊接平台设置的目的；而不需要控制单个反射镜沿多个固定轴转动，实现拼接线追踪的目的，在S300工序开始前，可以调整两个反射镜的位置，使激光焊接头发射的初始激光光束垂直于焊接平台设置，并使该激光光束位于拼接线（也即焊缝）的起点位置，随后进行焊接工序，此时仅需要调整各个反射镜的沿某一固定轴转动，就可以实现焊缝追踪，使得控制难度和控制成本进一步降低，并且重复性较高，能适用于多种不同斜率的焊缝进行使用。

进一步优选，所述焊接平台包括第一镜像面和第二镜像面，所述第一镜像面平行于YOZ平面设置，所述第二镜像面平行于XOZ平面设置，所述焊接平台分别沿所述第一镜像面和所述第二镜像面成对称设置，所述第一镜像面和所述第二镜像面之间的交线界定一相交轴，所述激光焊接头设置在所述相交轴上，两块所述钢板的拼接线和所述相交轴具有一相交点，且所述相交点为所述拼接线的中点。

进一步优选，所述焊接平台的上部设置有中部锁紧机构，所述中部锁紧机构居中设置在所述焊接平台的顶部并与所述焊接平台沿Z轴方向可活动地连接，所述中部锁紧机构的中部沿Z轴方向贯穿设置有一长条形的让位孔，所述让位孔具有沿X轴方向延伸的中轴线，所述中部锁紧机构的左右两侧设置有边缘锁紧机构，所述边缘锁紧机构上设置有适于容纳所述中部锁紧机构的让位腔，所述边缘锁紧机构与所述焊接平台沿Z轴方向可活动地连接，当进行固定工序时，所述边缘锁紧机构适于沿Z轴向下运动，使所述边缘锁紧机构压紧所述钢板，从而使所述边缘锁紧机构、所述钢板和所述焊接平台处于相对固定状态；当进行调整工序时，所述旋转组件适于驱动所述焊接平台绕Z轴转动，并使所述中轴线在水平面上的投影与所述拼接线在水平面上的投影重合，随后驱动所述中部锁紧机构下移，使所述中部锁紧机构侵入所述让位腔中，并使所述中部锁紧机构压紧所述钢板，从而使所述中部锁紧机构、所述钢板和所述焊接平台处于相对固定状态。

进一步优选，所述边缘锁紧机构的下部设置有具有弹性的真空碗，且所述真空碗的碗口朝下设置，所述真空碗的内壁界定一容纳腔，所述真空碗的碗底设置有一连通所述容纳腔的气流通口，当需要固定所述焊接平台和所述钢板时，所述边缘锁紧机构适于沿Z轴向下运动，使所述边缘锁紧机构压紧所述钢板，并使气体沿所述气流通口流出所述容纳腔，从而使所述真空碗吸附在所述钢板或所述焊接平台上；当需要分离所述焊接平台和所述钢板时，使气体沿所述气流通口进入所述容纳腔，从而使所述真空碗与所述钢板或所述焊接平台分离；所述真空碗包括第一真空碗和第二真空碗，所述第二真空碗设置在所述第一真空碗的外侧，所述第一真空碗适于控制所述边缘锁紧机构吸附在所述钢板上，所述第二真空碗适于控制所述边缘锁紧机构吸附在所述焊接平台上。

进一步优选，所述焊接平台包括旋转底座和工作台，所述旋转底座上沿Z轴方向可滑动地设置有N个支脚（满足N=2n，n为大于0的自然数），所述支脚两两一组并沿X轴方向设置在所述工作台底部的左右两侧，且各组所述支脚均沿所述第一镜像面镜像对称设置，所述旋转底座的左右两侧沿Y轴方向设置有旋转轴，所述工作台通过所述旋转轴与所述旋转底座可转动地连接，且所述旋转轴居中设置在所述工作台的左右两侧；所述倾角转换组件包括推拉块和推拉驱动源，所述推拉块具有n个，所述推拉块包括沿X轴对向设置的第一斜块和第二斜块，所述第一斜块和所述第二斜块之间设置有一连接杆， 所述第一斜块和所述第二斜块的顶部相对设置有第一斜面，所述第一斜面与YOZ斜面之间具有夹角α（满足0°＜α＜90°），各组所述支脚的两侧分别设置有与所述第一斜面匹配的第二斜面，所述第二斜面与YOZ斜面之间也具有夹角α，所述第一斜面适于抵触所述第二斜面，所述推拉驱动源适于驱动所述推拉块沿X轴方向运动，从而使所述第一斜块和所述第二斜块与所述支脚的接触位置发生改变，进而改变各组所述支脚的相对高度，最终改变所述工作台绕Y轴转动的角度。

进一步优选，所述支脚至少具有两组，并沿所述第二镜像面镜像分布在所述工作台的底部。

进一步优选，所述推拉驱动源为液压缸，所述推拉驱动源具有N个，并分别设置在所述推拉块的外侧。

进一步优选，所述焊接***还包括底座，所述旋转组件设置在所述底座上，所述旋转组件适于驱动所述旋转底座转动，进而带动所述工作台转动；所述旋转组件包括直线驱动源和驱动平台，所述直线驱动源适于驱动所述驱动平台沿前后方向运动，所述驱动平台上设置有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆沿左右方向固定安装在所述驱动平台上，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的端部可转动地铰接，所述第二连杆的另一端与所述旋转底座可转动地铰接，所述直线驱动源和所述驱动平台均具有两组且一一分别对应设置，两组所述直线驱动源沿左右方向排列，且所述直线驱动源适于分别驱动各组所述驱动平台相向或相背运动，从而使所述旋转底座绕Z轴转动。

进一步优选，所述底座的左右两侧分别设置有承载单元，所述承载单元与所述底座沿前后方向可活动地连接，所述承载单元的顶部设置有承载座，所述承载座与所述旋转底座的侧边可转动地连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

（1）通过调整工序，使焊接平台能绕Z轴方向转动，并使拼接线沿前后方向设置，因此对于不同斜率的拼接线，通过调整工序调整后，均能使拼接线沿前后方向设置，因此在后续焊接工序中，对激光焊接头内的激光光束射出的角度和方位控制的需求减少，针对不同斜率的拼接线，只需要经过计算和多次重复实验，拟合出激光焊接头内部的反射镜转动的轨迹，从而在针对不同斜率的拼接线时，均能实现重复焊接、焊接精度高、控制需求小、成本低的目的；

（2）在焊接工序中，通过在焊接同时绕Y轴旋转焊接平台，使所接平台和激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，从而保证了在焊接过程中，射出的激光光束始终垂直于激光焊接平台，从而使得焊缝各个位置得熔接池得空间形状较为一致，进而使得焊缝各个位置的强度较为一致，避免由于部分位置的强度较低，造成容易断裂的问题，影响焊接成型的高强钢板的质量和耐用性；

（3）使激光焊接头设置在拼接线中点位置的上方，可以使得后续控制激光焊接头***出的激光光束的发射角度较为容易，并且后期计算需要控制倾角转换组件的转动角度较为容易，减少控制难度，降低控制成本，并使得焊接***的稳定性和耐用性得到进一步的提高；

（4）另外设置倾角转换组件驱动焊接平台绕Y轴转动，而不是驱动焊接平台绕左右方向转动（绕左右方向转动，指的是该旋转轴沿左右方向延伸），具有以下好处：其一，倾角转换组件可以安装在焊接平台上，并随焊接平台一起转动，从而减少本申请的焊接***的复杂性，并使结构更加简单，避免多个构件出现干涉等问题，造成本申请的焊接***的内部体积不必要的增加；其二，由于采用的激光焊接头是利用飞行焊原理制成的，因此可以通过控制内部反射镜的旋转角度实现对射出的激光光束的角度的控制，从而实现激光光束垂直于焊接平台设置的目的，进而实现激光光束能垂直于拼接线设置并沿拼接线的方向而改变。

附图说明

图1为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了旋转组件和倾角转换组件。

图2为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了进行完调整工序后的焊接平台。

图3为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了拼接线。

图4为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了调整工序后，拼接线沿前后方向设置。

图5为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了第一镜像面和第二镜像面。

图6为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了工作台与水平面平行。

图7为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了工作台与水平面具有一定倾角。

图8为本申请的焊接***的一种实施例的***图，展示了边缘锁紧机构和中部锁紧机构。

图9为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了拼接线和让位孔的位置关系。

图10为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了拼接线和中轴线重合。

图11为本申请的焊接***的一种实施例的图9中A位置的局部放大图。

图12为本申请的焊接***的一种实施例的图10中B位置的局部反大图。

图13为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了边缘锁紧机构先向下运动。

图14为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了中部锁紧机构向下运动。

图15为本申请的焊接***的一种实施例的***图，展示了真空碗。

图16为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了第一真空碗和第二真空碗。

图17为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了容纳腔和气流通口。

图18为本申请的焊接***的一种实施例的***图，展示了倾角转换组件。

图19为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了支脚和旋转底座沿Z轴方向可活动地连接。

图20为本申请的焊接***的一种实施例的剖视图，展示了焊接工序开始时，工作台具有一定的倾角。

图21为本申请的焊接***的一种实施例的剖视图，展示了焊接工序中，工作台与水平面平行。

图22为本申请的焊接***的一种实施例的剖视图，展示了焊接工序后段，工作台与水平面具有一定的倾角。

图23为本申请的焊接***的一种实施例的图20中C位置的局部放大图，展示了软支撑座。

图24为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了第一斜块、第二斜块和连接杆。

图25为本申请的焊接***的一种实施例的示意图，展示了旋转组件。

图26为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了直线驱动源控制驱动平台动作。

图27为本申请的焊接***的一种实施例的俯视图，展示了旋转底座绕Z轴转动一定角度。

图中：1、焊接平台；11、第一镜像面；12、第二镜像面；13、相交轴；14、边缘锁紧机构；141、真空碗；1411、第一真空碗；1412、第二真空碗；1413、气流通口；1414、容纳腔；142、让位腔；15、中部锁紧机构；151、让位孔；1511、中轴线；16、工作台；17、旋转底座；171、旋转轴；172、支脚；1721、第二斜面；1722、软支撑座；1723、滑动槽；173、滑动凸起；2、旋转组件；21、直线驱动源；22、驱动平台；221、第一连杆；222、第二连杆；3、倾角转换组件；31、推拉块；311、第一斜块；312、第二斜块；313、连接杆；314、第一斜面；32、推拉驱动源；4、底座；41、承载单元；411、承载座；100、钢板；200、拼接线；201、相交点；300、激光焊接头。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

发明人进一步分析现有激光飞行焊技术应用在高强钢上，容易出现连接强度差、开裂、断裂等问题的原因，发现高强钢具有较高的碳当量和强度，其本身的强度较高，在两块板焊接完成后，焊缝所在位置为焊接成型的高强钢的强度最薄弱处，容易出现应力集中等问题，另外，由于激光飞行焊技术的局限性，使激光焊接头300发射的激光并不总是垂直入射到工件（也即高强钢板100）上面，从而影响了焊接熔池的空间形状，造成焊缝各个位置的焊接熔池形状不一，进而使得焊缝各个位置的连接强度不同，造成强度较低的位置容易出现变形、开裂等问题，影响高强钢的焊接稳定性和耐用性。

值得一提的是，两块高强钢板100拼合，其拼接线200为一具有斜率的直线，并且针对不同的钢板100其拼接线200具有不同的斜率。现有技术中，如果直接利用激光焊接头300使其发射出的激光的到达位置能沿不同斜率的拼接线200移动，需要控制激光焊接头300的反射镜（同一反射镜）绕多个不同的旋转轴进行旋转，其响应速度较慢，控制难度较高，制造成本较高，或者需要同时糅合直线运动和旋转运动，以达到激光焊接头300使其发射出的激光的到达位置能沿不同斜率的拼接线200移动的目的，造成激光焊接头300成本高、体积大等问题。

基于此，本申请的发明人开发了一种高强钢激光飞行焊工艺，其一种实施例如图1至图27所示，包括以下步骤：

S100.固定工序：将两块待焊接的钢板100拼合并固定设置在焊接平台1上，且两块钢板100的拼合位置界定一拼接线200，拼接线200为直线，如图3所示，此时拼接线200为一具有斜率的直线；

S200.调整工序：绕Z轴旋转焊接平台1，并使拼接线200沿前后方向设置，如图4所示，使焊接平台1绕Z轴转动，从而使拼接线200沿前后方向设置；

S300.焊接工序：利用激光焊接头300沿拼接线200方向焊接钢板100，同时绕Y轴旋转焊接平台1，使焊接平台1和激光焊接头300发射的激光射线处于垂直状态，并沿拼接线200方向形成焊缝。如图5至图7所示，激光焊接头300发出的激光光束如图中箭头方向所示，该箭头方向与焊接平台1上的工作台16处于垂直状态。

值得一提的是，激光焊接头300指的是激光飞行焊的焊接头，其和普通焊接头不同，通常其内部设置有多个可以旋转的反射镜，通过多个不同角度的反射镜反射激光，从而使激光发射到待焊接的位置，通常情况下，该激光焊接头300在焊接工序中保持静止状态，通过改变内部反射镜的角度，从而改变激光的发射角度和到达位置，进而使激光的到达位置能沿拼接线200方向进行移动，实现焊接工序并形成焊缝。

另外，为便于理解，在本申请中具有两种坐标系，分别是XYZ坐标系和前后左右上下坐标系，其中XYZ坐标系为相对坐标系，其建立在焊接平台1上，随焊接平台1的转动而转动；前后左右上下坐标系为绝对坐标系，其建立在底座4上，不会随焊接平台1的转动而转动，因此两个坐标系之间会产生相对运动（转动）。如图1和图3所示，展示了XYZ坐标系和前后左右上下坐标系，此时处于未转动的状态，此时拼接线200与前后方向具有一定的夹角；当控制焊接平台1绕Z轴转动后，如图2和图4所示，XYZ坐标系绕Z轴发生转动，其X轴和Y轴的方向也随之改变，同时拼接线200也发生转动，并使之沿前后方向设置（与前后方向成平行状态）。

另外，在实际生产过程中，如图5至图7所示，在S300焊接工序开始前，使激光焊接头300发出的激光光束能对准拼接线200的头部，此时焊接平台1具有一定的倾角（绕Y轴转动了一定角度，也即与水平面之间具有倾角），从而使激光焊接头300发出的激光光束与此时的焊接平台1处于垂直状态；当开始S300焊接工序后，使焊接平台1绕Y轴发生转动，从图5状态逐渐切换到图7状态，其中图6中，焊接平台1上的工作台16与水平面处于平行状态，在此过程中，激光焊接头300发出的激光光束逐渐移动，并且焊接平台1也逐渐绕Y轴转动，进而实现激光焊接头300发出的激光光束能与的焊接平台1（具体来说与焊接平台1上的工作台16）处于垂直状态。采用如此方式，可以在S300焊接工序中，使焊接平台1的转动过程中为一个连续的过程，方便后续控制，并减少控制和操作难度，降低生产成本，提升生产效率。

本申请的发明人开发了一种高强钢激光飞行焊工艺，具有以下有益效果：

（1）通过调整工序，使焊接平台1能绕Z轴方向转动，并使拼接线200沿前后方向设置，因此对于不同斜率的拼接线200，通过调整工序调整后，均能使拼接线200沿前后方向设置，因此在后续焊接工序中，对激光焊接头300内的激光光束射出的角度和方位控制的需求减少，针对不同斜率的拼接线200，只需要经过计算和多次重复实验，拟合出激光焊接头300内部的反射镜转动的轨迹，从而在针对不同斜率的拼接线200时，均能实现重复焊接、焊接精度高、控制需求小、成本低的目的；

（2）在焊接工序中，通过在焊接同时绕Y轴旋转焊接平台1，使焊接平台1和激光焊接头300发射的激光射线处于垂直状态，从而保证了在焊接过程中，射出的激光光束始终垂直于激光焊接平台1，从而使得焊缝各个位置的熔接池的空间形状较为一致，进而使得焊缝各个位置的强度较为一致，避免由于部分位置的强度较低，造成容易断裂的问题，影响焊接成型的高强钢板100的质量和耐用性。

值得一提的是，如果不进行调整工序，针对不同斜率的拼接线200，激光焊接头300内部的程序较为复杂，并且控制难度和控制精度的要求提升，使激光焊接头300的制造成本、采购成本和使用成本大幅度上升，并且如果也采用多次实验拟合的方式，实验数量线性增加，如果不进行实验拟合，又会造成焊接精度下降等问题，对于实际生产不利。

使用上述的一种高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，如图1至图27所示，焊接***包括：

焊接平台1，待焊接的钢板100适于拼合并固定设置在焊接平台1上，焊接平台1的上部设置有激光焊接头300，激光焊接头300适于焊接拼合后的钢板100；

旋转组件2，旋转组件2设置在焊接平台1的下部，旋转组件2适于驱动焊接平台1绕Z轴转动，并使两块钢板100拼合后形成的拼接线200沿前后方向设置，且激光焊接头300设置在拼接线200中点位置的上方；

倾角转换组件3，倾角转换组件3设置在焊接平台1的两侧，倾角转换组件3适于驱动焊接平台1绕Y轴转动，从而使焊接平台1和激光焊接头300发射的激光射线处于垂直状态，并沿拼接线200方向形成焊缝。

使激光焊接头300设置在拼接线200中点位置的上方，可以使得后续控制激光焊接头300***出的激光光束的发射角度较为容易，并且后期计算需要控制倾角转换组件3的转动角度较为容易，减少控制难度，降低控制成本，并使得焊接***的稳定性和耐用性得到进一步的提高。

另外设置倾角转换组件3驱动焊接平台1绕Y轴转动，而不是驱动焊接平台1绕左右方向转动（绕左右方向转动，指的是在前后左右绝对坐标系中该旋转轴沿左右方向延伸），具有以下好处：其一，倾角转换组件3可以安装在焊接平台1上，并随焊接平台1一起转动，从而减少本申请的焊接***的复杂性，并使结构更加简单，避免多个构件出现干涉等问题，造成本申请的焊接***的内部体积不必要的增加；其二，由于采用的激光焊接头300是利用飞行焊原理制成的，因此可以通过控制内部反射镜的旋转角度实现对射出的激光光束的角度的控制，从而实现激光光束垂直于焊接平台1设置的目的，进而实现激光光束能垂直于拼接线200设置并沿拼接线200的方向而改变。

而且，由于调整工序的设置，可以在S200步骤后，使拼接线200能沿前后方向设置，对于内部具有两个反射镜的激光焊接头300而言，只需要控制各个反射镜的沿某一固定轴转动，即可以实现激光光束垂直于焊接平台1设置的目的；而不需要控制单个反射镜沿多个固定轴转动，实现拼接线200追踪的目的，在S300工序开始前，可以调整两个反射镜的位置，使激光焊接头300发射的初始激光光束垂直于焊接平台1设置，并使该激光光束位于拼接线200（也即焊缝）的起点位置（如图5所示），随后进行焊接工序，此时仅需要调整各个反射镜的沿某一固定轴转动，就可以实现焊缝追踪，使得控制难度和控制成本进一步降低，并且重复性较高，能适用于多种不同斜率的焊缝进行使用。

进一步优选，如图5至图7所示，焊接平台1包括第一镜像面11和第二镜像面12，第一镜像面11平行于YOZ平面设置，第二镜像面12平行于XOZ平面设置，焊接平台1分别沿所述第一镜像面11和第二镜像面12成对称设置，第一镜像面11和第二镜像面12之间的交线界定一相交轴13，激光焊接头300设置在相交轴13上，两块钢板100的拼接线200和相交轴13具有一相交点201，且相交点201为拼接线200的中点。焊接平台1分别沿所述第一镜像面11和第二镜像面12成镜像对称设置，指的是，焊接平台1相对于第一镜像面11成对称状态，同时焊接平台1相对于第二镜像面12成对称状态。

通过设置第一镜像面11和第二镜像面12并使焊接平台1沿第一镜像面11和第二镜像面12成对称设置，并使激光焊接头300设置在相交轴13上可以更容易控制激光焊接头300发出的激光光束能垂直于焊接平台1设置，使其控制难度和控制成本进一步降低，并使焊接平台1旋转的角度更加明确，在拼接线200头部和尾部时，焊接平台1与水平面之间的夹角更容易控制。

进一步优选，如图8至图14所示，焊接平台1的上部设置有中部锁紧机构15，中部锁紧机构15居中设置在焊接平台1的顶部并与焊接平台1沿Z轴方向可活动地连接，中部锁紧机构15的中部沿Z轴方向贯穿设置有一长条形的让位孔151，让位孔151具有沿X轴方向延伸的中轴线1511，中部锁紧机构15的左右两侧设置有边缘锁紧机构14，边缘锁紧机构14上设置有适于容纳中部锁紧机构15的让位腔142，边缘锁紧机构14与焊接平台1沿Z轴方向可活动地连接，当进行固定工序S100时，如图13所示，边缘锁紧机构14适于沿Z轴向下运动（受到如图13中箭头方向的力作用，并沿箭头方向运动），使边缘锁紧机构14压紧钢板100，从而使边缘锁紧机构14、钢板100和焊接平台1处于相对固定状态；当进行调整工序S200时，如图14所示，旋转组件2适于驱动焊接平台1绕Z轴转动，并使中轴线1511在水平面上的投影与拼接线200在水平面上的投影重合，随后驱动中部锁紧机构15下移（如图14中箭头方向所示），使中部锁紧机构15侵入让位腔142中，并使中部锁紧机构15压紧钢板100，从而使中部锁紧机构15、钢板100和焊接平台1处于相对固定状态。值得一提的是，相对固定状态指的是相对静止，通过边缘锁紧机构14、中部锁紧机构15固定钢板100，并使拼接线200在焊接平台1绕Y轴转动的过程一起转动，需要在焊接工序开始前，固定钢板100和焊接平台1的相对位置。

通过设置S100固定工序，可以预先通过边缘锁紧机构14初步固定钢板100，使旋转组件2驱动焊接平台1转动过程中，能带动钢板100一起发生转动；在S200调整工序时，先通过旋转组件2驱动焊接平台1绕Z轴转动，从而使中轴线1511在水平面上的投影与拼接线200在水平面上的投影重合，方便后续进行S300焊接工序，随后控制中部锁紧机构15下移，使中部锁紧机构15侵入让位腔142中，进而使中部锁紧机构15、钢板100和焊接平台1处于相对固定状态，方便在S300焊接工序中，通过倾角转换组件3使工作台16能绕Z轴转动，同时保持钢板100与工作台16的相对静止状态。

分别设置中部锁紧机构15和边缘锁紧机构14，并使边缘锁紧机构14先动作，中部锁紧机构15后动作，可以在控制钢板100位置的情况下，实现焊接平台1绕Z轴的转动；另外设置中部锁紧机构15，是进一步确报在后续绕Y轴转动的过程中，钢板100能维持与工作台16的相对静止。

进一步优选，如图15至图17所示，边缘锁紧机构14的下部设置有具有弹性的真空碗141，且真空碗141的碗口朝下设置，真空碗141的内壁界定一容纳腔1414，真空碗141的碗底设置有一连通容纳腔1414的气流通口1413，当需要固定焊接平台1和钢板100时，边缘锁紧机构14适于沿Z轴向下运动，使边缘锁紧机构14压紧钢板100，并使气体沿气流通口1413流出容纳腔1414，从而使真空碗141吸附在钢板100或焊接平台1上；当需要分离焊接平台1和钢板100时，使气体沿气流通口1413进入容纳腔1414，从而使真空碗141与钢板100或焊接平台1分离；真空碗141包括第一真空碗1411和第二真空碗1412，第二真空碗1412设置在第一真空碗1411的外侧，第一真空碗1411适于控制边缘锁紧机构14吸附在钢板100上，第二真空碗1412适于控制边缘锁紧机构14吸附在焊接平台1上。

如图17所示，当控制气体沿气流通口1413流出容纳腔1414，可以使真空碗141吸附在钢板100或焊接平台1；当气体沿气流通口1413进入容纳腔1414使真空碗141与钢板100或焊接平台1分离，从而实现边缘锁紧机构14与钢板100或者焊接平台1的快速吸附和分离。

另外设置第一真空碗1411和第二真空碗1412，可以更好的控制边缘锁紧机构14、钢板100和焊接平台1处于相对固定状态，其中第一真空碗1411适于控制边缘锁紧机构14吸附在钢板100上，第二真空碗1412适于控制边缘锁紧机构14吸附在焊接平台1上，为避免干涉因此设置第二真空碗1412设置在第一真空碗1411的外侧，如图16所示。

当然也可以通过设置电磁组件来实现边缘锁紧机构14与焊接平台1和钢板100的锁紧，由于电磁组件为现有技术，其采用电磁吸引力的方式实现吸附，此处不在赘述。

进一步优选，如图18至图24所示，焊接平台1包括旋转底座17和工作台16，旋转底座17上沿Z轴方向可滑动地设置有N个支脚172（满足N=2n，n为大于0的自然数），支脚172两两一组并沿X轴方向设置在工作台16底部的左右两侧，且各组支脚172均沿第一镜像面11镜像对称设置，旋转底座17的左右两侧沿Y轴方向设置有旋转轴171，工作台16通过旋转轴171与旋转底座17可转动地连接，且旋转轴171居中设置在工作台16的左右两侧；倾角转换组件3包括推拉块31和推拉驱动源32，推拉块31具有n个，推拉块31包括沿X轴对向设置的第一斜块311和第二斜块312，第一斜块311和第二斜块312之间设置有一连接杆313，第一斜块311和第二斜块312的顶部相对设置有第一斜面314，第一斜面314与YOZ斜面之间具有夹角α（满足0°＜α＜90°），各组支脚172的两侧分别设置有与第一斜面314匹配的第二斜面1721，第二斜面1721与YOZ斜面之间也具有夹角α，第一斜面314适于抵触第二斜面1721，推拉驱动源32适于驱动推拉块31沿X轴方向运动，从而使第一斜块311和第二斜块312与支脚172的接触位置发生改变，进而改变各组支脚172的相对高度，最终改变工作台16绕Y轴转动的角度。在这个具体的实施例中，取n=2，因此推拉块31的数量为两个，支脚172的数量为四个。值得一提的是，可以在旋转底座17上沿Z轴方向设置有滑动凸起173，支脚172上设置有与滑动凸起173匹配的滑动槽1723，通过滑动槽1723和滑动凸起173的设置，从而使支脚172与旋转底座17沿Z轴方向可活动地连接。如图23所示，支脚172的顶部设置有软支撑座1722，方便其支撑工作台16，并通过调整支脚172的高度，从而实现对工作台16的倾角的切换。

如图20所示，此时一侧的支脚172的高度较低，另一侧的支脚172的高度较高，同时该组的两个支脚172分别与第一斜块311和第二斜块312的接触位置不同，此时工作台16与水平面之间具有一定倾角，沿箭头方向通过推拉驱动源32驱动推拉块31动作，直到如图21所示；此时工作台16与水平面之间成水平状态，该组的两个支脚172与第一斜块311和第二斜块312的接触位置成对称状态，继续沿箭头方向通过推拉驱动源32驱动推拉块31动作直到如图22所示，此时工作台16与水平面之间具有反向的倾角。

本申请采用第一斜面314和第二斜面1721相互抵触的方式驱动支脚172上下移动，并通旋转轴171可转动地连接工作台16和旋转底座17，从而实现工作台16与水平面之间倾角地转换，并且相较于伺服控制，其成本较低，重复性能较好，更有利于在焊接工序中使用，并方便后续的维护和替换。

进一步优选，如图18所示，支脚172至少具有两组（也就是至少四个支脚172），并沿第二镜像面12镜像分布在工作台16的底部。设置至少两组支脚172，可以方便其同时支撑工作台16，减少工作台16的重量对支脚172的作用，增加支脚172的耐用性和可靠性，并且由于设置了旋转轴171，并且工作台16本身具有一定的刚性，因此增设两组支脚172可以更好的控制工作台16绕Y轴转动的角度，使控制成本更低，控制精度更好。

进一步优选，如图18和图19所示，推拉驱动源32为液压缸，推拉驱动源32具有N个，并分别设置在推拉块31的外侧。在这个具体的实施例中，如果支脚172的数量为四个，那么推拉驱动源32的数量也为四个，与支脚172的数量保持一致，从而使第一斜块311和第二斜块312的外侧均设置有推拉驱动源32，液压油缸的制造成本较低，但是由于设置了多组液压油缸，因此具有一定的纠错性能，能提升推拉块31运动控制的精准度，方便对大型板进行焊接。

进一步优选，如图26至图27所示，焊接***还包括底座4，旋转组件2设置在底座4上，旋转组件2适于驱动旋转底座17转动，进而带动工作台16转动；旋转组件2包括直线驱动源21和驱动平台22，直线驱动源21适于驱动驱动平台22沿前后方向运动，驱动平台22上设置有第一连杆221和第二连杆222，第一连杆221沿左右方向固定安装在驱动平台22上，第二连杆222的一端与第一连杆221的端部可转动地铰接，第二连杆222的另一端与旋转底座17可转动地铰接，直线驱动源21和驱动平台22均具有两组且一一分别对应设置，两组直线驱动源21沿左右方向排列，且直线驱动源21适于分别驱动各组驱动平台22相向或相背运动，从而使旋转底座17绕Z轴转动。直线驱动源21和驱动平台22均具有两组且一一分别对应设置指的是，一个直线驱动源21对应一个驱动平台22。

如图26和图27所示，当通过直线驱动源21驱动所述驱动平台22相背运动时，此时可以控制旋转底座17绕Z轴顺时针转动，进而调整拼接线200的位置；当通过直线驱动源21驱动所述驱动平台22相向运动时，此时可以控制旋转底座17绕Z轴逆时针转动，从而使旋转底座17恢复原位，并方便进行下一次固定工序。

本申请的旋转组件2通过两个直线驱动源21驱动驱动平台22工作，从而拟合形成旋转底座17的转动动作，控制方式更加精准（可以采用直线电机或者采用旋转电机配合滚珠丝杠结构）；相较于直接利用旋转电机驱动旋转底座17转动，需要搭配高精度的减速箱，并且针对大型钢板100，还需要使用大型轴承，造成生产成本更高，控制精度下降等问题。

进一步优选，如图25所示，底座4的左右两侧分别设置有承载单元41，承载单元41与底座4沿前后方向可活动地连接，承载单元41的顶部设置有承载座411，承载座411与旋转底座17的侧边可转动地连接。设置承载座411是为了提升旋转底座17的负载能力，通过增设多个承载座411从而实现对旋转底座17的支撑，并较少机械卡死、变形的可能型，并且这种设置方式成本较低，比较适合用于大型的高强钢板100焊接。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述焊接***包括：

焊接平台，待焊接的钢板适于拼合并固定设置在所述焊接平台上，所述焊接平台的上部设置有激光焊接头，所述激光焊接头适于焊接拼合后的所述钢板；

旋转组件，所述旋转组件设置在所述焊接平台的下部，所述旋转组件适于驱动所述焊接平台绕Z轴转动，并使两块所述钢板拼合后形成的拼接线沿前后方向设置，且所述激光焊接头设置在所述拼接线中点位置的上方；

倾角转换组件，所述倾角转换组件设置在所述焊接平台的两侧，所述倾角转换组件适于驱动所述焊接平台绕Y轴转动，从而使所述焊接平台和所述激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，并沿所述拼接线方向形成焊缝；

所述焊接平台包括第一镜像面和第二镜像面，所述第一镜像面平行于YOZ平面设置，所述第二镜像面平行于XOZ平面设置，所述焊接平台分别沿所述第一镜像面和所述第二镜像面成对称设置，所述第一镜像面和所述第二镜像面之间的交线界定一相交轴，所述激光焊接头设置在所述相交轴上，两块所述钢板的拼接线和所述相交轴具有一相交点，且所述相交点为所述拼接线的中点；

所述焊接平台的上部设置有中部锁紧机构，所述中部锁紧机构居中设置在所述焊接平台的顶部并与所述焊接平台沿Z轴方向可活动地连接，所述中部锁紧机构的中部沿Z轴方向贯穿设置有一长条形的让位孔，所述让位孔具有沿X轴方向延伸的中轴线，所述中部锁紧机构的左右两侧设置有边缘锁紧机构，所述边缘锁紧机构上设置有适于容纳所述中部锁紧机构的让位腔，所述边缘锁紧机构与所述焊接平台沿Z轴方向可活动地连接，当进行固定工序时，所述边缘锁紧机构适于沿Z轴向下运动，使所述边缘锁紧机构压紧所述钢板，从而使所述边缘锁紧机构、所述钢板和所述焊接平台处于相对固定状态；当进行调整工序时，所述旋转组件适于驱动所述焊接平台绕Z轴转动，并使所述中轴线在水平面上的投影与所述拼接线在水平面上的投影重合，随后驱动所述中部锁紧机构下移，使所述中部锁紧机构侵入所述让位腔中，并使所述中部锁紧机构压紧所述钢板，从而使所述中部锁紧机构、所述钢板和所述焊接平台处于相对固定状态。

2.如权利要求1所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述边缘锁紧机构的下部设置有具有弹性的真空碗，且所述真空碗的碗口朝下设置，所述真空碗的内壁界定一容纳腔，所述真空碗的碗底设置有一连通所述容纳腔的气流通口，当需要固定所述焊接平台和所述钢板时，所述边缘锁紧机构适于沿Z轴向下运动，使所述边缘锁紧机构压紧所述钢板，并使气体沿所述气流通口流出所述容纳腔，从而使所述真空碗吸附在所述钢板或所述焊接平台上；当需要分离所述焊接平台和所述钢板时，使气体沿所述气流通口进入所述容纳腔，从而使所述真空碗与所述钢板或所述焊接平台分离；所述真空碗包括第一真空碗和第二真空碗，所述第二真空碗设置在所述第一真空碗的外侧，所述第一真空碗适于控制所述边缘锁紧机构吸附在所述钢板上，所述第二真空碗适于控制所述边缘锁紧机构吸附在所述焊接平台上。

3.如权利要求1所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述焊接平台包括旋转底座和工作台，所述旋转底座上沿Z轴方向可滑动地设置有N个支脚（满足N=2n，n为大于0的自然数），所述支脚两两一组并沿X轴方向设置在所述工作台底部的左右两侧，且各组所述支脚均沿所述第一镜像面镜像对称设置，所述旋转底座的左右两侧沿Y轴方向设置有旋转轴，所述工作台通过所述旋转轴与所述旋转底座可转动地连接，且所述旋转轴居中设置在所述工作台的左右两侧；所述倾角转换组件包括推拉块和推拉驱动源，所述推拉块具有n个，所述推拉块包括沿X轴对向设置的第一斜块和第二斜块，所述第一斜块和所述第二斜块之间设置有一连接杆，所述第一斜块和所述第二斜块的顶部相对设置有第一斜面，所述第一斜面与YOZ斜面之间具有夹角α（满足0°＜α＜90°），各组所述支脚的两侧分别设置有与所述第一斜面匹配的第二斜面，所述第二斜面与YOZ斜面之间也具有夹角α，所述第一斜面适于抵触所述第二斜面，所述推拉驱动源适于驱动所述推拉块沿X轴方向运动，从而使所述第一斜块和所述第二斜块与所述支脚的接触位置发生改变，进而改变各组所述支脚的相对高度，最终改变所述工作台绕Y轴转动的角度。

4.如权利要求3所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述支脚至少具有两组，并沿所述第二镜像面镜像分布在所述工作台的底部。

5.如权利要求4所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述推拉驱动源为液压缸，所述推拉驱动源具有N个，并分别设置在所述推拉块的外侧。

6.如权利要求3所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述焊接***还包括底座，所述旋转组件设置在所述底座上，所述旋转组件适于驱动所述旋转底座转动，进而带动所述工作台转动；所述旋转组件包括直线驱动源和驱动平台，所述直线驱动源适于驱动所述驱动平台沿前后方向运动，所述驱动平台上设置有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆沿左右方向固定安装在所述驱动平台上，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的端部可转动地铰接，所述第二连杆的另一端与所述旋转底座可转动地铰接，所述直线驱动源和所述驱动平台均具有两组且一一分别对应设置，两组所述直线驱动源沿左右方向排列，且所述直线驱动源适于分别驱动各组所述驱动平台相向或相背运动，从而使所述旋转底座绕Z轴转动。

7.如权利要求6所述的一种用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，其特征在于：所述底座的左右两侧分别设置有承载单元，所述承载单元与所述底座沿前后方向可活动地连接，所述承载单元的顶部设置有承载座，所述承载座与所述旋转底座的侧边可转动地连接。

8.一种高强钢激光飞行焊工艺，其特征在于：采用如权利要求1至7任一权利要求所述的用于执行高强钢激光飞行焊工艺的焊接***，包括以下步骤：

S100.固定工序：将两块待焊接的钢板拼合并固定设置在焊接平台上，且两块所述钢板的拼合位置界定一拼接线，所述拼接线为直线；

S200.调整工序：绕Z轴旋转所述焊接平台，并使所述拼接线沿前后方向设置；

S300.焊接工序：利用激光焊接头沿所述拼接线方向焊接所述钢板，同时绕Y轴旋转所述焊接平台，使所述焊接平台和所述激光焊接头发射的激光射线处于垂直状态，并沿所述拼接线方向形成焊缝。