一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置的制造方法
【專利摘要】一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，解決現(xiàn)有厚板超窄間隙激光填絲焊接氣保焊裝置保護(hù)效果不穩(wěn)定且無法滿足全自動焊接的不足，提出了一種將高度傳感器和高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)相結(jié)合的氣保焊裝置高度自適應(yīng)性調(diào)節(jié)裝置，用于厚板結(jié)構(gòu)超窄間隙激光填絲焊接熔池及焊縫氣保護(hù)。
【專利說明】
一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，屬于激光填絲焊接熔池及焊縫金屬氣保護(hù)裝置， 具體說的是一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]厚板焊接結(jié)構(gòu)在船舶制造、海洋工程、核電設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對于常規(guī) 3 0mm左右厚度的厚板焊接時，坡口間隙為8mm?10mm以下為窄間隙焊接，5mm以下為超窄間隙焊接。超窄間隙激光填絲焊接是指采用激光為熱源，焊絲為填充材料的一種超窄間隙多層多道焊接方法，具有熱輸入低、焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)。由于坡口深而窄，焊接氣保焊裝置無法伸入坡口內(nèi)部，對保護(hù)氣流挺度要求高，且多層多道焊接過程中要求氣保焊裝置與工件表面高度保持一致，現(xiàn)有普通氣保焊裝置無法滿足要求。盡管國內(nèi)外研究者先后發(fā)明了側(cè)向送氣和吸氣的焊縫隨動保護(hù)方法及裝置(CN20 14 1060843 3)和可伸縮噴嘴裝置 (CN201310501123.9)的窄間隙焊接氣保焊裝置，但均存在各自的局限性:側(cè)向送氣和吸氣的焊縫隨動保護(hù)裝置(CN201410608433)通過側(cè)向吹氣和吸氣相結(jié)合，雖然可以將焊接煙塵移離焊槽，并抑制等離子體對激光的屏蔽作用，但容易導(dǎo)致焊接區(qū)域保護(hù)氣體產(chǎn)生紊流，影響焊縫保護(hù)效果，且裝置復(fù)雜，需手段調(diào)節(jié)，難以在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用；可伸縮噴嘴裝置(CN201310501123.9)雖然可對保護(hù)氣噴嘴套管長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但有效調(diào)節(jié)范圍有限， 需手動調(diào)節(jié)。
[0003]采用多路側(cè)向送氣方式壓制激光金屬蒸汽羽并保護(hù)焊接熔池及高溫焊縫區(qū)域，并通過高度傳感器、伺服馬達(dá)和可編程控制器結(jié)合進(jìn)行氣保焊裝置的高度自適應(yīng)控制，可滿足厚板超窄間隙激光填絲焊接對自動化隨動氣保焊裝置的需求，當(dāng)前尚未見相關(guān)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為厚壁構(gòu)件全自動超窄間隙激光填絲焊接裝備開發(fā)自適應(yīng)高度調(diào)節(jié)氣保焊裝置，解決現(xiàn)有厚板超窄間隙激光填絲焊接氣保焊裝置保護(hù)效果不穩(wěn)定且無法滿足全自動焊接的不足，提出了一種將高度傳感器和高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)相結(jié)合的氣保焊裝置高度自適應(yīng)性調(diào)節(jié)裝置，用于厚板結(jié)構(gòu)超窄間隙激光填絲焊接熔池及焊縫氣保護(hù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是:一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，設(shè)有設(shè)置在被焊工件上方的氣保護(hù)拖罩，氣保護(hù)拖罩上連接有調(diào)節(jié)氣保護(hù)拖罩與被焊工件上表面之間距離的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)上連接有控制高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)移動高度的可編程控制器，可編程控制器上連接有監(jiān)測氣保護(hù)拖罩與被焊工件上表面之間距離的高度傳感器，高度傳感器設(shè)置在氣保護(hù)拖罩上。
[0006]本發(fā)明所述的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)，伺服電機(jī)與可編程控制器相連接。
[0007]本發(fā)明所述的氣保護(hù)拖罩包括主保護(hù)氣接口、副保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩(多層銅絲網(wǎng))、主保護(hù)氣流管和副保護(hù)氣流管，主保護(hù)氣流經(jīng)主保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩和主保護(hù)氣流管吹入被焊工件焊接區(qū)域，主保護(hù)氣流的流量為20 L/min?50L/min;副保護(hù)氣流經(jīng)副保護(hù)氣接口、氣流鎮(zhèn)靜篩和副保護(hù)氣流管吹入被焊工件坡口，副保護(hù)氣流的流量為15 L/ min?40L/min〇
[0008]本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流的流量大于副保護(hù)氣流的流量。
[0009]本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流傾斜吹向被焊工件。
[0010]本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流的傾斜角度相同。
[0011]本發(fā)明所述的主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流向焊接方向傾斜。
[0012]本發(fā)明所述的高度傳感器的感應(yīng)面與氣保護(hù)拖罩的吹氣面平齊。
[0013]本發(fā)明所述的氣保護(hù)拖罩的吹氣面與被焊工件的上表面平齊。
[0014]本發(fā)明在焊接時，所述的氣保護(hù)拖罩的吹氣面與被焊工件的上表面之間的距離為 3mm_10mm〇
[0015]本發(fā)明的有益效果是:1、采用高度傳感器實(shí)時監(jiān)測氣保護(hù)拖罩與被焊工件上表面之間的距離，通過伺服馬達(dá)和可編程控制器實(shí)現(xiàn)對厚板超窄間隙焊接過程中氣保護(hù)裝置的高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)，取代了現(xiàn)有多層多道焊層間氣保護(hù)裝置的手段調(diào)節(jié)方式，提高了焊接生產(chǎn)效率和焊接過程穩(wěn)定性。
[0016]2、保護(hù)氣經(jīng)氣流鎮(zhèn)靜篩和氣流銅管可在短距離內(nèi)有效降低紊流，提高了保護(hù)氣流挺度，可實(shí)現(xiàn)對熔池的有效保護(hù);氣保護(hù)拖罩采用主、副保護(hù)氣流設(shè)計(jì)方案，主保護(hù)氣流用于抑制激光小孔處的金屬蒸氣羽和保護(hù)焊接熔池，副保護(hù)氣流用于保護(hù)過熱焊縫金屬，提高了焊接保護(hù)效果。
[0017]3、主保護(hù)氣流和副保護(hù)氣流傾斜吹向被焊工件焊接區(qū)域，該種氣流在被焊工件坡口內(nèi)部形成層流，進(jìn)一步提高了保護(hù)效果?！靖綀D說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明氣保護(hù)拖罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的仰視結(jié)構(gòu)不意圖；圖4為本發(fā)明高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動方式示意圖；圖中:1為被焊工件;2為填充焊道;3為激光束;4為導(dǎo)電嘴;5為填充焊絲;6為法蘭;7為氣保護(hù)拖罩;701為吹氣面;8為高度調(diào)節(jié)模塊;9為高度調(diào)節(jié)桿；10為伺服馬達(dá)；11為高度傳感器;12為傳感器電纜；13為可編程控制器;14為外部控制電纜;15為伺服馬達(dá)控制電纜;16 為主保護(hù)氣接口； 17為副保護(hù)氣接口； 18為氣流鎮(zhèn)靜篩；19為主保護(hù)氣流管;20為主保護(hù)氣流;21為副保護(hù)氣流管;22為副保護(hù)氣流，23為高度調(diào)節(jié)器基座;24為滑軌支座;25為連接螺栓;26、高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]主要
【發(fā)明內(nèi)容】
:(1) 一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置(如圖1所示)，通過高度傳感器 11監(jiān)測氣保護(hù)拖罩7與被焊工件1上表面之間的距離，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過傳感器電纜12輸入可編程控制器13;可編程控制器13控制伺服馬達(dá)10驅(qū)動氣保護(hù)拖罩上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對氣保護(hù)拖罩的高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0020](2)該裝置由下述部件組成:法蘭6、氣保護(hù)拖罩7、高度調(diào)節(jié)模塊8、高度調(diào)節(jié)桿9、伺服馬達(dá)10、高度傳感器11、傳感器電纜12、可編程控制器13、外部控制電纜14和伺服馬達(dá)控制電纜15。法蘭6用于氣保護(hù)裝置與焊槍或其它外部裝置連接;氣保護(hù)拖罩的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)26由高度調(diào)節(jié)模塊8、高度調(diào)節(jié)桿9和伺服馬達(dá)10組成，高度調(diào)節(jié)模塊8不動，高度調(diào)節(jié)桿9帶動氣保護(hù)拖罩7運(yùn)動;氣保護(hù)拖罩7與高度調(diào)節(jié)桿9通過螺栓連接，吹氣面701與待焊工件平行;高度傳感器11通過螺栓固定在氣保護(hù)拖罩7的兩側(cè)，吹氣面701與高度傳感器11 的感應(yīng)面齊平，保證感應(yīng)時的高度準(zhǔn)確。[〇〇21](3)可編程控制器13通過傳感器電纜12、外部控制電纜14和伺服馬達(dá)控制電纜15分別于高度傳感器11、外部控制系統(tǒng)和伺服馬達(dá)10連接。其中外部控制系統(tǒng)(如機(jī)器人)通過外部控電纜14控制可編程控制器13的啟動與關(guān)閉:焊接過程開始時，開啟可編程控制器 13,實(shí)現(xiàn)氣保護(hù)拖罩高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié);焊接過程結(jié)束后，關(guān)閉可編程控制器13,氣保護(hù)拖罩返回初始位置(高度最高處)。
[0022](4)高度調(diào)節(jié)桿9與高度調(diào)節(jié)模塊8的連接如圖4所示。其中高度調(diào)節(jié)模塊8由高度調(diào)節(jié)器基座23、滑軌支座24通過連接螺栓25連接組成。高度調(diào)節(jié)器座23套設(shè)高度調(diào)節(jié)桿9 上，滑軌支座24通過連接螺栓25將未卡設(shè)在高度調(diào)節(jié)桿9的端面固定在高度調(diào)節(jié)器基座23 上，高度調(diào)節(jié)桿9與滑軌支座24為典型的直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，高度調(diào)節(jié)桿9的截面為工字型，與其相匹配的滑軌支座24卡設(shè)在高度調(diào)節(jié)桿9上，可沿高度調(diào)節(jié)桿9上下滑動。
[0023]高度調(diào)節(jié)桿9與伺服馬達(dá)10的連接如圖5所示，為齒輪齒條結(jié)構(gòu)。伺服馬達(dá)10旋轉(zhuǎn)帶動高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8中滑軌支座24上下運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。
[0024](5)當(dāng)高度傳感器11監(jiān)測值大于零位設(shè)置值時，可編程控制器13驅(qū)動伺服馬達(dá)10 驅(qū)動高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8向下運(yùn)動，直至監(jiān)測值與零位設(shè)置值相等;反之，當(dāng)高度傳感器11監(jiān)測值小于零位設(shè)置值時，可編程控制器13驅(qū)動伺服馬達(dá)10驅(qū)動高度調(diào)節(jié)桿9沿高度調(diào)節(jié)模塊8向上運(yùn)動，直至監(jiān)測值與零位設(shè)置值相等。
[0025](6)氣保護(hù)拖罩7高度調(diào)節(jié)范圍為0mm?110mm，調(diào)節(jié)精度0 ? 5mm，響應(yīng)時間0 ? Is;可編程控制器13的響應(yīng)時間為0.1s;高度傳感器的測量精度0.1_;氣保護(hù)拖罩7與被焊工件1 上表面的距離為3mm?10mm。
[0026](7)氣保護(hù)拖罩結(jié)構(gòu)如圖2所示:拖罩前部為主保護(hù)氣流，用于抑制金屬蒸氣羽和保護(hù)熔池;后部為副保護(hù)氣流，用于保護(hù)焊縫;主保護(hù)氣流經(jīng)主保護(hù)氣接口 16、氣流鎮(zhèn)靜篩 18和主保護(hù)氣流管19吹入被焊工件焊接區(qū)域，流量為30 L/min?50L/min;副保護(hù)氣流經(jīng)副保護(hù)氣接口 17、氣流鎮(zhèn)靜篩18和副保護(hù)氣流管21吹入被焊工件坡口，流量為20 L/min? 40L/min，主保護(hù)氣流管19和副保護(hù)氣流管21為銅管。
[0027](8)氣保護(hù)拖罩的主、副氣流以傾斜的形式吹向被焊工件上表面，其傾斜的角度相同，并同時向焊接方向傾斜(如圖2所示)，氣流與被焊工件上表面的夾角為30-80°，采用傾斜的形式進(jìn)行氣保護(hù)，可以加大主、副氣流的流量，即使流量大，也不會產(chǎn)生紊流。
[0028]采用本發(fā)明氣保焊裝置進(jìn)行高強(qiáng)鋼厚板的窄間隙激光填絲焊接，主要設(shè)備為機(jī)器人激光填絲焊接系統(tǒng)及本發(fā)明所述氣保焊裝置?！揪唧w實(shí)施方式】如下:(1)氣保護(hù)拖罩初始位置及零位設(shè)置:高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣保焊拖罩處于初始位置，即氣保焊拖罩的最高位置;氣保護(hù)拖罩與被焊工件上表面距離5mm處為氣保護(hù)拖罩的零位。[〇〇29] (2)打底焊道焊接:機(jī)器人運(yùn)行至打底焊道起弧位置后暫停運(yùn)動，通過外部控制電纜向私服馬達(dá)發(fā)出開啟信號，高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置開始進(jìn)行氣保護(hù)拖罩高度監(jiān)測及自適應(yīng)調(diào)節(jié)。氣保焊拖罩在私服馬達(dá)的驅(qū)動下沿高度調(diào)節(jié)模塊向下運(yùn)動至距被焊工件上表面5mm (設(shè)置值)處，可編程控制器向機(jī)器人反饋信號，機(jī)器人啟動焊接。打底焊道收弧后，機(jī)器人暫停運(yùn)動，通過外部控制電纜向可編程控制器發(fā)出關(guān)閉信號，可編程控制器驅(qū)動伺服馬達(dá)將氣保護(hù)拖罩沿高度調(diào)節(jié)桿運(yùn)動至初始位置并鎖定。
[0030] (3)填充焊道焊接:機(jī)器人運(yùn)行至填充焊道起弧位置后暫停運(yùn)動，通過外部控制電纜向私服馬達(dá)發(fā)出開啟信號，高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置開始進(jìn)行氣保護(hù)拖罩高度監(jiān)測及自適應(yīng)調(diào)節(jié)。具體調(diào)節(jié)過程與打底焊道焊接時氣保焊拖罩高度調(diào)節(jié)相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，設(shè)有設(shè)置在被焊工件(1)上方 的氣保護(hù)拖罩(7)，其特征在于:氣保護(hù)拖罩(7)上連接有調(diào)節(jié)氣保護(hù)拖罩(7)與被焊工件 (1)上表面之間距離的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)(26)，高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)(26)上連接有控制高度 調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)(26)移動高度的可編程控制器(13)，可編程控制器(13)上連接有監(jiān)測氣保護(hù) 拖罩(7)與被焊工件(1)上表面之間距離的高度傳感器(11)，高度傳感器(11)設(shè)置在氣保護(hù) 拖罩(7)上。2.如權(quán)利要求1所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的高度調(diào)節(jié)運(yùn)動機(jī)構(gòu)(26)包括伺服電機(jī)(10)，伺服電機(jī)(10)與可編程控制器(13) 相連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的氣保護(hù)拖罩(7)包括主保護(hù)氣接口( 16)、副保護(hù)氣接口( 17)、氣流鎮(zhèn)靜篩(18)、主 保護(hù)氣流管(19)和副保護(hù)氣流管(21)，主保護(hù)氣流(20)經(jīng)主保護(hù)氣接口(16)、氣流鎮(zhèn)靜篩 (18)和主保護(hù)氣流管(19)吹入被焊工件焊接區(qū)域，主保護(hù)氣流(20)的流量為20 L/min? 50L/min;副保護(hù)氣流(22)經(jīng)副保護(hù)氣接口(17)、氣流鎮(zhèn)靜篩(18)和副保護(hù)氣流管(21)吹入 被焊工件坡口，副保護(hù)氣流(22)的流量為15 L/min?40L/min。4.如權(quán)利要求3所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的主保護(hù)氣流(20 )的流量大于副保護(hù)氣流(2 2 )的流量。5.如權(quán)利要求3所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的主保護(hù)氣流(20)和副保護(hù)氣流(22)傾斜吹向被焊工件(1)。6.如權(quán)利要求5所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的主保護(hù)氣流(20)和副保護(hù)氣流(22)的傾斜角度相同。7.如權(quán)利要求5所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的主保護(hù)氣流(20)和副保護(hù)氣流(22)向焊接方向傾斜。8.如權(quán)利要求1所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的高度傳感器(11)的感應(yīng)面與氣保護(hù)拖罩(7)的吹氣面(701)平齊。9.如權(quán)利要求1所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:所述的氣保護(hù)拖罩(7)的吹氣面(701)與被焊工件(1)的上表面平齊。10.如權(quán)利要求1所述的一種厚板超窄間隙激光填絲焊接用隨動氣保護(hù)裝置，其特征在 于:在焊接時，所述的氣保護(hù)拖罩(7)的吹氣面(701)與被焊工件(1)的上表面之間的距離為 3mm-10mm〇
【文檔編號】B23K26/12GK106001921SQ201610443515
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】吳艷明, 李治, 王杏華
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所