專利名稱：帶鋼在線激光切割焊接裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種帶鋼在線焊接裝置及方法。
背景技術(shù)：
在冷軋連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，將兩卷帶鋼焊接在一起可保證機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)。在鋼鐵冷軋酸聯(lián)軋機(jī)組帶頭帶尾焊接主要采用閃光焊與激光焊兩種。閃光焊接過(guò)程實(shí)質(zhì)是工件端面的接觸和熔化，再通過(guò)頂鍛過(guò)程使接口封閉，促進(jìn)焊縫再結(jié)晶，形成焊接接頭。激光焊接過(guò)程是激光在聚焦位置產(chǎn)生的巨大能量將工件熔化形成熔池并在冷卻過(guò)程中形成焊縫。閃光焊機(jī)在上世紀(jì)5(Γ70年代，得到迅速發(fā)展，主要是前蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)開展了大量裝備研制工作。80年代，因計(jì)算機(jī)與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，閃光焊機(jī)進(jìn)一步在自動(dòng)化、智能化上取得長(zhǎng)足進(jìn)步，隨后，90年代閃光焊機(jī)向大型專用、機(jī)組化方向發(fā)展。目前，閃光焊機(jī)在鋼鐵行業(yè)被廣泛應(yīng)用。激光焊機(jī)的應(yīng)用取決于激光光源的開發(fā)以及激光功率的提升，上世紀(jì)70年代千瓦級(jí)CO2激光器進(jìn)行金屬焊拉試驗(yàn)的成功挖掘了激光焊接的巨大市場(chǎng)潛能，日本、德國(guó)、英國(guó)以及前蘇聯(lián)不斷將CO2激光器應(yīng)用于激光焊接的技術(shù)進(jìn)行發(fā)展與優(yōu)化，在90年代形成了大型專用焊接裝備，并正逐步替代閃光焊的方式。這種激光焊接方法具有焊接速度快、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。酸聯(lián)軋機(jī)組形成的帶鋼頭尾焊接焊縫需要通過(guò)酸洗以及軋機(jī)機(jī)組，特別是在進(jìn)入軋機(jī)的軋制過(guò)程中對(duì)焊縫焊接質(zhì)量要求非常高。由于焊縫在經(jīng)過(guò)五機(jī)架連軋時(shí)不抬輥，因此，需要焊縫必須能承受很大的變形量而不斷帶，不穩(wěn)定的焊縫質(zhì)量會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)巨大隱患，而I次斷帶更將造成數(shù)百萬(wàn)元直接經(jīng)濟(jì)損失。所以，這對(duì)焊接裝備與工藝的要求非常高，不同于其它機(jī)組。在激光焊接工藝中，剪切的質(zhì)量直接影響到焊縫的質(zhì)量，現(xiàn)有的激光焊接裝置，如美國(guó)專利US4626651中公開的一種連接帶鋼的傳統(tǒng)激光焊接方式，此方法采用C型小車上的雙刃剪對(duì)帶鋼進(jìn)行切割，再利用激光進(jìn)行焊接。設(shè)備中包括為激光器、雙刃剪、帶鋼頭尾夾持裝置、激光焊接頭和對(duì)接裝置。雙刃剪安裝在采用C型小車上，帶鋼頭尾夾持裝置夾住帶鋼后通過(guò)雙刃剪對(duì)帶鋼進(jìn)行切割，雙刃剪包含上刀片和下刀片，上、下刀片分別固定在C型小車的兩個(gè)上、下臂上，上、下刀片由氣缸帶動(dòng)做垂直方向運(yùn)動(dòng)剪切帶鋼。雙刃剪在剪切過(guò)程中容易產(chǎn)生刀面磨損，直接降低切口質(zhì)量從而影響焊縫質(zhì)量，會(huì)造成機(jī)組斷帶嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，必須定期進(jìn)行更換與修復(fù)。為此，人們給雙刃剪配置一用一備兩套系統(tǒng)，此外，還設(shè)計(jì)了快裝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)剪刀快速更換安裝，其目的是將對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏影響到最低限度，保證機(jī)組正常生產(chǎn)?？梢?，剪切單元是保證焊縫質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的一個(gè)重要部件，而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于雙刃剪加工難、安裝精度要求高，給生產(chǎn)帶來(lái)了極大不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶鋼在線激光切割焊接裝置及方法，利用激光切割待焊接帶鋼的頭尾兩端后，再進(jìn)行焊接，不但剪切效果好，而且節(jié)約了設(shè)備空間和簡(jiǎn)化原有裝置，最大的限度降低了成本。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種帶鋼在線激光切割焊接裝置，包括機(jī)器人支架、切割機(jī)器人、焊接機(jī)器人、第一夾具、第二夾具、激光切割加工頭、激光焊接加工頭和激光器；所述的第一夾具和第二夾具并排對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述的機(jī)器人支架共有兩個(gè)設(shè)置在第一夾具和第二夾具兩側(cè)，所述的切割機(jī)器人和焊接機(jī)器人分別設(shè)置在機(jī)器人支架上，所述的激光切割加工頭固定在切割機(jī)器人上，激光焊接加工頭固定在焊接機(jī)器人上，激光切割加工頭和激光焊接加工頭分別通過(guò)光纖與激光器相連。該激光切割焊接裝置還包括焊接處理小車，所述的焊接處理小車設(shè)置在第一夾具和第二夾具之間，焊接處理小車上順次設(shè)置有預(yù)熱單元、退火單元和碾壓輪。所述的激光切割加工頭由并排設(shè)置的帶尾切割頭和帶頭切割頭構(gòu)成。一種利用如上所述的帶鋼在線激光切割焊接裝置進(jìn)行的帶鋼在線激光切割焊接方法，包括以下步驟
步驟一、待焊接的帶鋼尾部進(jìn)入第一夾具夾緊，待焊接的帶鋼頭部進(jìn)入第二夾具夾緊，帶鋼進(jìn)入切割位置準(zhǔn)備切割，切割機(jī)器人帶動(dòng)激光切割加工頭從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)帶鋼邊部時(shí)，激光器光閘開啟激光輸出，激光切割加工頭對(duì)帶鋼尾部和帶鋼頭部切割，切割結(jié)束后激光器光閘關(guān)閉；
步驟二、切割機(jī)器人帶動(dòng)激光切割加工頭移動(dòng)到帶鋼尾部邊部，進(jìn)行工藝孔的切孔作業(yè)，切孔完成后回到待機(jī)位置；
步驟三、帶鋼頭部靠向帶鋼尾部進(jìn)入到焊接位置，由焊接機(jī)器人所帶的激光焊接加工頭從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，到達(dá)帶鋼邊部時(shí)激光焊接加工頭沿帶鋼表面將帶鋼尾部與帶鋼頭部焊接；
步驟四、焊接過(guò)程結(jié)束，帶鋼尾部與帶鋼頭部連接在一起，焊接機(jī)器人回起始位置，夾具松開，帶鋼進(jìn)入下一工序。所述的步驟一中，激光切割加工頭的切割速度為6 15m/min。所述的步驟二中，工藝孔(11)的切孔作業(yè)為采用激光切割。所述的步驟二中，沖孔位置離帶鋼尾部邊部距離為4(T80mm，工藝孔的孔徑為15 30mmo所述的步驟三中，激光焊接加工頭的焊接速度為3飛m/min。所述的步驟三中還包括，在焊接時(shí)同步使用焊接處理小車對(duì)焊接邊部進(jìn)行預(yù)熱、碾壓和退火處理；焊接時(shí)激光焊接加工頭對(duì)應(yīng)設(shè)置在焊接處理小車上的預(yù)熱單元與退火單元之間，激光焊接加工頭與焊接處理小車同步運(yùn)行。本發(fā)明中可選用兩臺(tái)激光器進(jìn)行切割與焊接作業(yè)，能滿足生產(chǎn)節(jié)奏所需，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。兩臺(tái)激光器通過(guò)分束系統(tǒng)形成的共四路激光光路中，即可以采用三路作為工作光路，另一路光路作為備選光路，增強(qiáng)設(shè)備操作的靈活性和可靠性；也可以四路都為工作光路，兩路用作切割，兩路用作焊接，提高工作效率。本發(fā)明帶鋼在線激光切割焊接裝置及方法，利用激光切割待焊接帶鋼的頭尾兩端后，再進(jìn)行焊接，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，激光切割不但剪切效果好，而且節(jié)約了設(shè)備空間和簡(jiǎn)化原有裝置，并具有輕量化、高靈活性及低成本的優(yōu)點(diǎn)。

圖I為本發(fā)明帶鋼在線激光切割焊接裝置整體結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明帶鋼在線激光切割焊接裝置切割工作時(shí)的示意 圖3為本發(fā)明切孔時(shí)的不意 圖4為本發(fā)明帶鋼在線激光切割焊接裝置焊接工作時(shí)的示意 圖5為焊接處理小車結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6a為實(shí)施例I的激光光路切割分配 圖6b為實(shí)施例I的激光光路焊接分配 圖6c為實(shí)施例2的激光光路焊接分配圖。圖中1機(jī)器人支架、2切割機(jī)器人、3焊接機(jī)器人、4第一夾具、5第二夾具、6激光切割加工頭、7激光焊接加工頭、8焊接處理小車、9帶鋼尾部、10帶鋼頭部、11工藝孔、12預(yù)熱單元、13退火單元、14碾壓輪、15第一激光器、16第二激光器、61帶尾切割頭、62帶頭切割頭、71第一焊頭、72第二焊頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例I
如圖1、2、3、4、5所示，一種帶鋼在線激光切割焊接裝置，包括機(jī)器人支架I、切割機(jī)器人2、焊接機(jī)器人3、第一夾具4、第二夾具5、激光切割加工頭6、激光焊接加工頭7和激光器；所述的第一夾具4和第二夾具5并排對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述的機(jī)器人支架I共有兩個(gè)設(shè)置在第一夾具4和第二夾具5兩側(cè)，所述的切割機(jī)器人2和焊接機(jī)器人3分別設(shè)置在機(jī)器人支架I上，所述的激光切割加工頭6固定在切割機(jī)器人2上，激光焊接加工頭7固定在焊接機(jī)器人3上，激光切割加工頭6和激光焊接加工頭7分別通過(guò)光纖與激光器相連。為了提高焊接質(zhì)量和焊接效率，該激光切割焊接裝置還包括焊接處理小車8，所述的焊接處理小車8設(shè)置在第一夾具4和第二夾具5之間，焊接處理小車8上順次設(shè)置有預(yù)熱單元12、退火單元13和碾壓輪14，焊接過(guò)程中，焊接處理小車8與焊接機(jī)器人3同步行動(dòng)，進(jìn)行預(yù)熱、退火及碾壓處理。在本實(shí)施例中激光器為高功率YAG激光器、光纖激光器或光纖激光器，波長(zhǎng)為
I.06 μ m、激光器功率7 10kW。為了提高切割效率，本焊接裝置可進(jìn)一步描述為，所述的激光切割加工頭6由并排設(shè)置的帶尾切割頭61和帶頭切割頭62構(gòu)成；選用兩臺(tái)激光器，每臺(tái)激光器功率為8KW。在本實(shí)施例中激光光路通道的分配，如圖6a、6b所示，其中第一激光器15利用配置的分束系統(tǒng)分出兩個(gè)激光光路通道15a、15b，第二激光器16利用配置的分束系統(tǒng)分出兩個(gè)激光光路通道16a、16b,在切割過(guò)程中，分別米用第一激光器的一束激光光路通道15a與第二激光器的一束激光光路通道16a，通過(guò)帶尾切割頭61和帶頭切割頭62同時(shí)進(jìn)行切割。在焊接過(guò)程中，只采用第一激光器的另一束激光光路通道15b進(jìn)行焊接；剩余第二激光器的一束激光光路通道16b作為備選光路，增強(qiáng)設(shè)備操作的靈活性和可靠性。—種利用如上所述的帶鋼在線激光切割焊接裝置進(jìn)行的帶鋼在線激光切割焊接方法，包括以下步驟
步驟一、待焊接的帶鋼尾部9進(jìn)入第一夾具4夾緊，待焊接的帶鋼頭部10進(jìn)入第二夾具5夾緊，帶鋼進(jìn)入切割位置準(zhǔn)備切割，切割機(jī)器人2帶動(dòng)激光切割加工頭6從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)帶鋼邊部時(shí)，激光器光閘開啟激光輸出，激光切割加工頭6對(duì)帶鋼尾部9和帶鋼頭部10切割，切割結(jié)束后激光器光閘關(guān)閉；激光切割加工頭6的切割速度為6 15m/min ；
步驟二、切割機(jī)器人2帶動(dòng)激光切割加工頭6移動(dòng)到帶鋼尾部9邊部，對(duì)距離帶鋼尾部9邊部4(T80mm處，采用激光切割，進(jìn)行工藝孔11的切孔作業(yè)，在冷軋后續(xù)作業(yè)線提供檢測(cè)，以識(shí)別焊縫；工藝孔11的孔徑為15 30_，切孔完成后回到待機(jī)位置；步驟三、帶鋼頭部10靠向帶鋼尾部9進(jìn)入到焊接位置，由焊接機(jī)器人3所帶的激光焊接加工頭7從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，到達(dá)帶鋼邊部時(shí)激光焊接加工頭7沿帶鋼表面將帶鋼尾部9與帶鋼頭部10焊接；激光焊接加工頭7的焊接速度為3 6m/min。另外，在焊接時(shí)可以同步使用焊接處理小車8對(duì)焊接邊部進(jìn)行預(yù)熱、碾壓和退火處理；焊接時(shí)激光焊接加工頭7對(duì)應(yīng)設(shè)置在焊接處理小車8上的預(yù)熱單元12與退火單元13之間，激光焊接加工頭7與焊接處理小車8同步運(yùn)行，以獲得更好質(zhì)量的焊縫。步驟四、焊接過(guò)程結(jié)束，帶鋼尾部9與帶鋼頭部10連接在一起，焊接機(jī)器人3回起始位置，夾具松開，帶鋼進(jìn)入下一工序。實(shí)施例2
一種帶鋼在線激光切割焊接裝置，實(shí)施例2和實(shí)施例I的區(qū)別在于，所述的激光焊接加工頭7由第一焊頭71和第二焊頭72構(gòu)成，在本實(shí)施例中激光光路通道的分配，如圖6c所不，其中第一激光器15利用配置的分束系統(tǒng)分出兩個(gè)激光光路通道15a、15b,第二激光器16利用配置的分束系統(tǒng)分出兩個(gè)激光光路通道16a、16b，在切割過(guò)程中，分別采用第一激光器的一束激光光路通道15a與第二激光器的一束激光光路通道16a,通過(guò)兩個(gè)切割頭61和61同時(shí)進(jìn)行切割。在焊接過(guò)程中，同時(shí)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通過(guò)第一焊頭71和第二焊頭72同時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行同向焊接，加快焊接速度。
權(quán)利要求
1.一種帶鋼在線激光切割焊接裝置，其特征是包括機(jī)器人支架(I)、切割機(jī)器人(2)、焊接機(jī)器人(3)、第一夾具(4)、第二夾具(5)、激光切割加工頭￠)、激光焊接加工頭(7)和激光器；所述的第一夾具(4)和第二夾具(5)并排對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述的機(jī)器人支架(I)共有兩個(gè)設(shè)置在第一夾具⑷和第二夾具(5)兩側(cè)，所述的切割機(jī)器人(2)和焊接機(jī)器人(3)分別設(shè)置在機(jī)器人支架(I)上，所述的激光切割加工頭(6)固定在切割機(jī)器人(2)上，激光焊接加工頭(7)固定在焊接機(jī)器人(3)上，激光切割加工頭(6)和激光焊接加工頭(7)分別通過(guò)光纖與激光器相連。
2.如權(quán)利要求I所述的帶鋼在線激光切割焊接裝置，其特征是該激光切割焊接裝置還包括焊接處理小車(8)，所述的焊接處理小車(8)設(shè)置在第一夾具(4)和第二夾具(5)之間，焊接處理小車(8)上順次設(shè)置有預(yù)熱單元(12)、退火單元(13)和碾壓輪(14)。
3.如權(quán)利要求2所述的帶鋼在線激光切割焊接裝置，其特征是所述的激光切割加工頭(6)由并排設(shè)置的帶尾切割頭(61)和帶頭切割頭(62)構(gòu)成。
4.一種利用如權(quán)利要求1、2或3所述的帶鋼在線激光切割焊接裝置進(jìn)行的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是，包括以下步驟 步驟一、待焊接的帶鋼尾部(9)進(jìn)入第一夾具(4)夾緊，待焊接的帶鋼頭部(10)進(jìn)入第二夾具(5)夾緊，帶鋼進(jìn)入切割位置準(zhǔn)備切割，切割機(jī)器人(2)帶動(dòng)激光切割加工頭(6)從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)帶鋼邊部時(shí)，激光器光閘開啟激光輸出，激光切割加工頭(6)對(duì)帶鋼尾部(9)和帶鋼頭部(10)切割，切割結(jié)束后激光器光閘關(guān)閉； 步驟二、切割機(jī)器人(2)帶動(dòng)激光切割加工頭(6)移動(dòng)到帶鋼尾部(9)邊部，進(jìn)行工藝孔(11)的切孔作業(yè)，切孔完成后回到待機(jī)位置； 步驟三、帶鋼頭部(10)靠向帶鋼尾部(9)進(jìn)入到焊接位置，由焊接機(jī)器人(3)所帶的激光焊接加工頭(7)從待機(jī)位置向帶鋼方向運(yùn)行，到達(dá)帶鋼邊部時(shí)激光焊接加工頭(7)沿帶鋼表面將帶鋼尾部(9)與帶鋼頭部(10)焊接； 步驟四、焊接過(guò)程結(jié)束，帶鋼尾部(9)與帶鋼頭部(10)連接在一起，焊接機(jī)器人(3)回起始位置，夾具松開，帶鋼進(jìn)入下一工序。
5.如權(quán)利要求4所述的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是所述的步驟一中，激光切割加工頭(6)的切割速度為6 15m/min。
6.如權(quán)利要求4所述的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是所述的步驟二中，工藝孔(11)的切孔作業(yè)為采用激光切割。
7.如權(quán)利要求6所述的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是所述的步驟二中沖孔位置離帶鋼尾部(9)邊部距離為4(T80mm，工藝孔(11)的孔徑為15 30mm。
8.如權(quán)利要求4所述的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是所述的步驟三中，激光焊接加工頭(7)的焊接速度為3飛m/min。
9.如權(quán)利要求4所述的帶鋼在線激光切割焊接方法，其特征是所述的步驟三中還包括，在焊接時(shí)同步使用焊接處理小車(8)對(duì)焊接邊部進(jìn)行預(yù)熱、碾壓和退火處理；焊接時(shí)激光焊接加工頭(7)對(duì)應(yīng)設(shè)置在焊接處理小車(8)上的預(yù)熱單元(12)與退火單元(13)之間，激光焊接加工頭(7)與焊接處理小車(8)同步運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種帶鋼在線焊接裝置及方法。一種帶鋼在線激光切割焊接裝置，包括機(jī)器人支架、切割機(jī)器人、焊接機(jī)器人、第一夾具、第二夾具、激光切割加工頭、激光焊接加工頭和激光器，所述的切割機(jī)器人和焊接機(jī)器人分別設(shè)置在機(jī)器人支架上，所述的激光切割加工頭固定在切割機(jī)器人上，激光焊接加工頭固定在焊接機(jī)器人上，激光切割加工頭和激光焊接加工頭分別通過(guò)光纖與激光器相連。一種帶鋼在線激光切割焊接方法，首先用激光切割帶鋼頭尾，然后再?zèng)_工藝孔，最后焊接完成。本發(fā)明利用激光切割待焊接帶鋼的頭尾兩端后，再進(jìn)行焊接，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，激光切割不但剪切效果好，而且節(jié)約了設(shè)備空間，具有輕量化、高靈活性及低成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK102649193SQ20111004430
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者喬俊良, 呂常青, 吳瑞珉, 楊賽丹, 潘勝波, 金成國(guó) 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司