[发明专利]激光电弧复合焊3D增材修补装置及修补方法

说明书

技术领域

本发明涉及增材修补技术领域，尤其涉及一种用于激光和MAG/MIG电弧复合焊的3D增材修补装置及其修补方法。

背景技术

现有的增材修补方法主要有激光融覆、电弧堆焊、电涂镀、热喷涂技术等。激光融覆技术是利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。电弧堆焊是利用焊条或电极熔敷在基材表面进行堆焊。电涂镀技术是利用直流电通过电解液时发生电化学反应,实现金属在镀件表面上沉积。热喷涂是利用某种热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

以上修补方法都有一定的局限性，其中激光融覆技术会导致过渡区应力集中；电涂镀技术存在涂层结合强度和本身强度不足的问题；电弧堆焊技术和热喷涂技术的热影响区大，易造成工件变形。另外，上述修补技术在修补前未能精确地得到缺陷轮廓参数，导致修补后的工件仍然存在一定缺陷，修补效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便、可靠性高、适应性强的激光电弧复合焊3D增材修补装置。

本发明的另一目的在于，提供一种基于上述修补装置的修补方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种激光电弧复合焊3D增材修补装置，其主要包括控制器、位于修复工位上方的四轴联动平台、以及设置在联动平台上用于获取工件的缺陷轮廓三维信息的激光视觉传感器、用于获取熔池状态信息的红外视觉传感器、夹具、激光焊炬、电弧焊炬、填充焊丝、焊丝盘和导气管。所述控制器与四轴联动平台、激光视觉传感器、红外视觉传感器、激光焊炬和电弧焊炬连接，用于控制各部件协调工作。所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定。所述电弧焊炬安装在激光焊炬上，且与激光焊炬之间角度可调，以适应各种焊接场合。所述填充焊丝缠绕在焊丝盘上，所述焊丝盘设置在电弧焊炬上，填充焊丝穿过电弧焊炬并向外凸出。所述导气管安装在激光焊炬上，导气管的一端与保护气体发生器连接，另一端指向焊接工位，并且导气管的出气方向可调，这样可以使保护气体更好地覆盖填充焊丝和熔池。

作为本发明的优选方案，所述导气管采用可以万向调节的万向管(或竹节管)用于引导保护气体，使保护气体准确地覆盖焊接保护区。

作为本发明的优选方案，所述电弧焊炬与激光焊炬之间通过角度调节单元连接，该角度调节单元包括一夹持把柄和调节螺栓，所述夹持把柄的一端卡设在电弧焊炬上，另一端通过调节螺栓与激光焊炬上的第一凸起铰接，电弧焊炬和第一凸起上均设有通孔，调节螺栓穿过通孔将电弧焊炬固定在激光焊接上。当需要调节角度时，只需拧松调节螺栓，调整好角度后拧紧调节螺栓即可。该角度调节单元的结构简单，使用方便，用于电弧焊接角度调节和送丝角度调节，可以获得更好的焊接效果。

具体的，所述控制器与四轴联动平台连接，控制激光焊炬和电弧焊炬在三个方向上的移动及水平方向的转动，使激光焊炬和电弧焊炬在焊接平台上以最合适的位置和角度对缺陷进行修补。所述控制器与激光视觉传感器连接，用于驱动激光视觉传感器并获取缺陷的三维轮廓，控制器根据获取的数据对缺陷的三维轮廓进行重建，生成最优控制代码。所述控制器与红外视觉传感器连接，用于驱动红外视觉传感器并获取熔池的实时图像时频参数，在修补过程中，根据熔池状态实时调整修补参数，获得更好的修补效果。所述控制器与激光焊炬和电弧焊炬电连接，用于控制激光焊炬和电弧焊炬的电流大小及保护气体的流量。所述夹具的一端与四轴联动平台连接，另一端与激光焊炬固定，四轴联动平台通过夹具带动激光焊炬移动和转动，调整到合适的焊接位置。

具体的，所述四轴联动平台用于控制激光焊炬的位置并调整激光电弧复合焊炬的焊接角度，其组成主要包括沿X轴方向运动的X轴移动单元、沿Y轴方向运动的Y轴移动单元、沿Z轴方向运动的Z轴移动单元和绕垂直于工件的转轴旋转的A轴转动单元。所述X轴移动单元固定在修补平台上，位于修补工位的上方，Y轴移动单元安装在X轴移动单元上，Z轴移动单元安装在Y轴移动单元上，A轴转动单元安装在Z轴移动单元上，可相对Z轴移动单元水平转动。所述A轴转动单元与夹具固定连接，带着激光焊炬水平转动，用于调整激光焊炬和电弧焊炬的焊接角度。