本發(fā)明涉及激光焊接，尤其涉及一種基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在激光焊接領(lǐng)域，焊縫質(zhì)量直接關(guān)乎產(chǎn)品的整體性能和可靠性。常規(guī)的激光光斑尺

2、寸較小，這會導(dǎo)致焊縫區(qū)域與周圍材料之間的溫度差較大，在焊接階段會導(dǎo)致熱應(yīng)力和變形；焊接完成時，因為周圍材料溫度較低，致使冷卻速率過快致使一些材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。對于具有低吸收率或高反射率的材料，在激光照射下，由于表面反射作用，導(dǎo)致激光能量無法有效集中于焊縫區(qū)域，進一步影響了焊接速度和焊縫質(zhì)量。

3、為了解決這一問題，研究人員開始探索預(yù)熱技術(shù)在激光焊接中的應(yīng)用。預(yù)熱不僅能夠提高材料對激光能量的吸收率，還能通過減少焊接過程中的熱應(yīng)力，改善焊縫的微觀組織和力學(xué)性能。然而，傳統(tǒng)的預(yù)熱方法往往存在焊接初期材料表面溫度不均勻、能量損失大、易產(chǎn)生裂紋等問題，難以滿足高精度、高效率的焊接需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中傳統(tǒng)的預(yù)熱方法在焊接初期材料表面溫度不均勻、能量損失大、易產(chǎn)生裂紋的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，包括預(yù)熱焊接系統(tǒng)和焊接工作臺，所述預(yù)熱焊接系統(tǒng)由焊接激光發(fā)生器和預(yù)熱裝置構(gòu)成；

4、所述焊接激光發(fā)生器包括第一激光焊接頭、第二激光焊接頭、激光光源和溫度傳感器，所述第一激光焊接頭用于調(diào)整焊接時的焦距和工作距離以獲得合適尺寸的焊接光斑，所述第二激光焊接頭用于調(diào)整預(yù)熱時的焦距和工作距離以獲得合適尺寸的預(yù)熱光斑；所述溫度傳感器安裝在焊接區(qū)域附近，實時監(jiān)測焊接溫度和預(yù)熱溫度；確保溫度達到設(shè)定值；

5、所述預(yù)熱裝置包括鏡面反射板和u形漫反射反光擋板，所述鏡面反射板由多層介質(zhì)高反射膜真空沉積至熔融石英上制備而成；所述u形漫反射反光擋板的u形殼體內(nèi)部為漫反射材料，所述漫反射材料具有高反射率和良好熱穩(wěn)定性，所述漫反射材料由基底、粘結(jié)層與雙層涂層組成；以確保較高的反射率和較低的熱阻，能夠有效反射激光光束并將預(yù)熱光斑均勻分布到焊接區(qū)域；

6、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述鏡面反射板的反射率為99.10%~99.40%；所述漫反射材料的孔隙率為7~9?%、反射率為88~92%；所述多層介質(zhì)高反射膜為tio2與sio2的復(fù)合膜；所述基底材料為銅、鋁、不銹鋼304、黃銅、鍍鋅鋼的一種或者幾種；所述雙層涂層為致密層與功能層。

7、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述激光光源通過不同功率、不同波長調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度。

8、進一步地，所述激光光源的波長為800~1100?nm，焊接功率為1~4kw，預(yù)熱功率為0.1~0.8?kw；所述預(yù)熱溫度為焊接溫度的15~40%。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述預(yù)熱光斑位于焊接光斑正前方5~10mm，直徑為焊縫寬度的2~5倍。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述預(yù)熱焊接系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元與焊接激光發(fā)生器和預(yù)熱裝置電性連接，所述控制單元能夠根據(jù)溫度傳感器的反饋自動調(diào)節(jié)激光光源功率、焊接參數(shù)及預(yù)熱裝置的角度和位置，實現(xiàn)智能化控制。

11、上述所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，所述漫反射材料的制備方法如下：

12、s01、基材預(yù)處理：使用乙醇清洗后，進行噴砂處理；

13、s02、粘結(jié)層與雙層涂層制備：采用常壓等離子噴涂法，使用粒徑為45~90μm的ni5al粉末噴涂粘結(jié)層，使用粒徑20~45μm的氧化鋁粉末噴涂400~500μm致密層，使用粒徑20~90μm的氧化鋁粉末噴涂80~100μm?功能層。

14、上述所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)的焊接方法，包括以下步驟：

15、s1、系統(tǒng)初始化與參數(shù)設(shè)定

16、將待焊接工件置于所述焊接工作臺，設(shè)定所述預(yù)熱溫度、調(diào)整所述第一激光焊接頭、第二激光焊接頭的焦距和工作距離參數(shù)；

17、根據(jù)待焊接工件的材料、厚度和預(yù)期焊縫的寬度，確定所述第一激光焊接頭、第二激光焊接頭的激光功率參數(shù)和焊接速度參數(shù)；

18、s2、智能預(yù)熱與溫度監(jiān)控

19、啟動激光發(fā)射器，使用第二激光焊接頭發(fā)出預(yù)熱激光束，所述預(yù)熱激光束先經(jīng)鏡面反射板反射至u形漫反射反光擋板，再經(jīng)所述u形漫反射反光擋板漫反射至預(yù)熱待焊接區(qū)域；控制中心實時監(jiān)控預(yù)熱過程，并根據(jù)溫度傳感器的反饋，自動調(diào)整第二激光焊接頭的激光功率和預(yù)熱裝置的角度和位置；確保預(yù)熱待焊接區(qū)域均勻預(yù)熱至設(shè)定預(yù)熱溫度；

20、第二激光焊接頭沿預(yù)定的焊接路徑對焊縫進行預(yù)熱，同時溫度傳感器實時監(jiān)測焊縫處的預(yù)熱溫度；確保達到無裂紋產(chǎn)生的安全溫度閾值；

21、當(dāng)焊縫處達到設(shè)定預(yù)熱溫度，進行步驟s3；

22、s3、精確焊接與動態(tài)調(diào)控

23、在焊接區(qū)域達到設(shè)定預(yù)熱溫度后，第一激光焊接頭沿預(yù)熱區(qū)域路徑以設(shè)定的焊接速度進行精細焊接，焊接激光光束經(jīng)待焊接工件反射至u形漫反射反光擋板再經(jīng)漫反射到預(yù)熱待焊接區(qū)域，以降低第二激光焊接頭的功率；

24、焊接過程中，溫度傳感器持續(xù)監(jiān)測焊縫溫度，確保焊接質(zhì)量；控制中心根據(jù)溫度傳感器的實時反饋，智能調(diào)整焊接參數(shù)；以應(yīng)對可能的焊接變化，形成均勻、致密且高質(zhì)量的焊縫；

25、s4、焊接后處理與質(zhì)量控制

26、焊接完成后，立即關(guān)閉激光發(fā)射器，停止焊接過程；對焊接件進行專業(yè)的冷卻處理，以防止熱應(yīng)力導(dǎo)致的變形或裂紋；

27、隨后進行徹底的清洗，去除焊接殘留物；

28、最后進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，包括焊縫外觀檢查、力學(xué)性能測試，確保焊接件滿足所有設(shè)計要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

29、綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

30、1、通過精確控制預(yù)熱溫度，并結(jié)合漫反射材料的獨特性質(zhì)，使得熱量均勻分布在整個待焊接區(qū)域，避免了傳統(tǒng)預(yù)熱方式中可能出現(xiàn)的溫度梯度過大、預(yù)熱不均勻的問題，從而提高了預(yù)熱效率、確保了焊縫在焊接前的溫度一致性，為后續(xù)的精細焊接過程創(chuàng)造了有利條件。

31、2、u形漫反射反光擋板內(nèi)含的高反射率漫反射材料（反射率為88%~92%，孔隙率為7%~9%），確保了預(yù)熱與焊接激光能量的最大化回收和再利用；焊接激光束經(jīng)過漫反射作用，不僅加強了預(yù)熱效果，而且降低了對第二激光焊接頭預(yù)熱功率的要求，節(jié)省能源。

32、3、集成的溫度傳感器與智能控制單元相配合，可根據(jù)實時反饋的數(shù)據(jù)自動調(diào)整激光功率、焦距、工作距離乃至預(yù)熱裝置的位置和角度，這一智能控制系統(tǒng)確保了焊接參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)置，以應(yīng)對可能的焊接變化，從而確保了焊縫的均勻性、致密性和高質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，包括預(yù)熱焊接系統(tǒng)和焊接工作臺，其特征在于：所述預(yù)熱焊接系統(tǒng)由焊接激光發(fā)生器和預(yù)熱裝置構(gòu)成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述鏡面反射板的反射率為99.10%~99.40%；所述漫反射材料的孔隙率為7~9%、反射率為88~92%；所述多層介質(zhì)高反射膜為tio2與sio2的復(fù)合膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述激光光源通過不同功率、不同波長調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度；采用不同大小形狀的u型殼體對預(yù)熱光斑大小進行進一步調(diào)節(jié)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述激光光源的波長為800~1100nm，焊接功率為1~4kw，預(yù)熱功率為0.1~0.8?kw；所述預(yù)熱溫度為焊接溫度的15~40%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述預(yù)熱光斑位于焊接光斑正前方5~10?mm，直徑為焊縫寬度的2~5倍。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述預(yù)熱焊接系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元與焊接激光發(fā)生器和預(yù)熱裝置電性連接，所述控制單元能夠根據(jù)溫度傳感器的反饋自動調(diào)節(jié)激光光源功率、焊接參數(shù)及預(yù)熱裝置的角度和位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，其特征在于：所述漫反射材料的制備方法如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于漫反射材料預(yù)熱的激光焊縫焊接系統(tǒng)，屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域；該系統(tǒng)包括預(yù)熱焊接系統(tǒng)和焊接工作臺，預(yù)熱焊接系統(tǒng)由焊接激光發(fā)生器和預(yù)熱裝置構(gòu)成，其中焊接激光發(fā)生器具有第一激光焊接頭和第二激光焊接頭，分別用于主焊接和輔助預(yù)熱，能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)聚焦和工作距離，確保焊接光斑和預(yù)熱光斑的適宜尺寸；預(yù)熱裝置則利用鏡面反射板和U形漫反射反光擋板，有效反射激光光束并將預(yù)熱光斑均勻分布到焊接區(qū)域；系統(tǒng)還具備智能控制功能，能夠根據(jù)溫度傳感器的反饋自動調(diào)節(jié)激光光源功率、焊接參數(shù)及預(yù)熱裝置的角度和位置，實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)激光功率和預(yù)熱參數(shù)，保證了焊接過程的安全性和焊縫的一致性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊波,鄧宇,歐陽育光,丘春鎊
受保護的技術(shù)使用者：廣州緯華節(jié)能設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26