[发明专利]一种激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法

说明书

本发明公开一种激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法，包括：调节焊枪和激光器的空间位置，电弧加热焊丝和基板，形成熔滴和熔池；通过弧压检测与反馈系统检测焊接过程中的电压并驱动伺服电机调节送丝速度改变干伸长；采用机器视觉实时检测熔滴位置，测量熔滴底部到激光入射点之间的距离；计算机根据弧压反馈信号与熔滴位置检测，当熔滴到预定位置，触发脉冲激光照射焊丝；固定激光入射点，改变干伸长，在同样热输入的情况下能够通过调节焊丝熔化量，改变熔滴温度。利用激光切割焊丝能够提高焊丝的熔敷效率，对熔滴温度的调控可以减小电弧增材制造过程对基板的热输入，能够有效控制热积累严重以及熔池过热现象。

技术领域

本发明涉一种激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法，属于焊接质量控制领域。

背景技术

在增材制造领域，以电弧为热源的金属零件增材制造技术具有设备简单、材料利用率高、生产效率高等优点。电弧增材制造技术采用电弧作为热源将金属丝材熔化，按设定成形路径在基板上堆积层片，层层堆敷直至金属零件成形。但电弧增材制造过程是以高温液态金属熔滴过渡的方式进行，随堆积层数的增加，堆积零件热积累严重、散热条件差、熔池过热、难于凝固、堆积层形状难于控制。因此，在可控熔滴温度和质量输入的情况下形成稳定的熔滴过渡可以有效控制热量积累，改变熔敷质量。

随着工业4.0的到来，现代焊接技术向高效、优质、低耗方向发展，对焊接过程中热、质、力的控制提出了越来越高的要求。附加外力是实现传热传质解耦的必要手段，而目前CMT，旁路GMAW，超声GMAW和磁控GMAW等方法都还只能实现焊接熔滴过渡与电弧的部分解耦。要实现理想的完全电流解耦的熔滴过渡，关键在于找到一种方式能够引入足够大的外力而不对焊接电弧本身造成明显干扰。

发明内容

针对电弧增材制造中热量累积严重和熔池过热问题，提出一种激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法。

激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法，包括下述步骤：

一、调节焊枪和激光器的空间位置，电弧加热焊丝和基板，形成熔滴和熔池

二、通过弧压检测与反馈系统检测焊接过程中的电压并驱动伺服电机调节送丝速度改变干伸长。

三、采用机器视觉实时检测熔滴位置，测量熔滴底部到激光入射点之间的距离。

四、计算机根据弧压反馈信号与熔滴位置检测，当熔滴到预定位置，触发脉冲激光照射焊丝。

五、固定激光入射点，改变干伸长(照射焊丝的高度不同)，在同样热输入的情况下能够通过调节焊丝熔化量，改变熔滴温度。

所述电弧增材热源为熔化极气体保护焊接电源或非熔化极气体保护焊电源配合送丝机构。

所述激光为单束脉冲激光。所述激光频率为10-300Hz，激光功率范围在500-6000W，焊接电流范围在10-300A。

所述丝材直径≤1.6mm。

附图说明

图1是激光主动切割焊丝控制熔滴温度系统示意图；

图2是激光主动切割焊丝示意图；

图3激光主动切割焊丝熔滴过渡行为高速摄像。

图中：1-计算机控制系统2-电弧增材热源，3-伺服电机送丝系统，4-弧压检测与反馈系统，5-机器视觉实时采集系统，6-脉冲激光发生器，7-焊枪，8-基板，9-固态焊丝-熔滴结合体。

具体实施方式

如图1所示，本实施例采用的设备包括：计算机控制系统1、伺服电机送丝系统3、弧压检测与反馈系统4、机器视觉实时采集系统5。基板为5mm的Q235，金属丝材为直径0.8mm的ER50-6碳钢焊丝，保护气体为99.99％的氩气。