[发明专利]一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置及方法，该装置包括控制系统、激光系统、环形光束控制系统、光内送丝系统、焊接保护气系统、光丝同轴焊接头；所述控制系统通过信号连接线连接激光系统与环形光束控制系统；所述环形光束控制系统用于控制环形激光束的光斑直径尺寸，环形光束的直径通过旋转抛物面反射镜实现调节；所述光内送丝系统通过支撑架固定于光丝同轴焊接头内部，焊丝放置于焊丝架，经推拉式滚轮、焊丝矫直器送至焊枪中的耐高温焊嘴，进行焊接作业，解决了现有激光填丝焊接工艺中光丝耦合行为差、加工质量不稳定、焊接距离受限等问题，且定位精度高、可操作性好。

技术领域

本发明涉及一种高效的激光焊接装置及方法，具体涉及一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置及方法。

背景技术

激光填丝焊接技术是一种采用填充焊丝的激光焊接技术，不仅保持了激光焊接的优势，如热输入小、能量集中等特点，并且提高了间隙适应性，改善了焊缝表面成型，提高了接头的机械性能。激光填丝焊接技术可以用于焊接间隙较大的厚板，还可以通过改变焊丝的化学成分，达到抑制焊后缺陷的效果。

现在的激光填丝焊接技术一般为旁轴送丝。焊丝的填入，使得激光焊接的工艺更为复杂。焊丝可以从激光前方送入，也可从激光后方送入，并于激光成一定的角度，焊丝的直线度及送丝速度对于焊接过程的稳定性至关重要。旁轴送丝焊接过程中，由于焊丝的熔化，光丝间距处于波动状态，且光-丝-母材之间的相互作用过程处于一个不稳定的波动状态，影响焊缝成型质量的稳定性。此外，旁轴送丝焊接需要激光头与焊枪的配合，对于复杂焊接结构而言，旁轴送丝焊接过程中激光焊接头与焊枪会与焊件存在位置干涉问题，因此，难以应用于复杂结构、大厚度结构的焊接。

相比之下，将圆形激光束改为环形激光束，采用一种基于环形光斑的光丝同轴送丝焊接方法可以避免旁轴送丝激光焊接存在的一些问题，光丝同轴焊接工艺可以保证焊丝的稳定熔化，节省圆形激光束焦点定位的时间。并且，将焊丝集成焊接头内部，简化焊接装备，更适用于复杂结构、大厚度结构的焊接。如何将环形激光束与焊丝集成，保证焊丝的直线度，并使焊丝稳定、连续的进入焊缝，实现复杂结构、大厚度结构的稳定焊接，仍然是光丝同轴激光焊接技术需要解决的问题。

本发明提出了一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置及方法，能够解决了现有激光填丝焊接工艺中光丝耦合行为差、加工质量不稳定等问题，且定位精度高、可操作性好，对实现复杂结构、大厚度结构的高质量焊接具有重要意义。

发明内容

为了实现复杂结构的高精度远程激光填丝焊接，本发明提供了一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置，能够有效解决现有激光焊接装置光丝耦合行为差、焊接距离受限等问题。

为达到次目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于环形光斑同轴送丝的激光焊接装置，控制系统通过信号连接线连接激光系统与环形光束控制系统，通过无线通信连接光内送丝系统，所述控制系统包括：控制柜、控制器、连接线。

所述激光系统用于输出环形激光束。

所述环形光束控制系统用于控制环形激光束的光斑直径尺寸，环形激光束依次透过凹透镜A、单面凸透镜、环形平面透镜，经平面反射镜、抛物面反射镜反射，透过凹透镜B，对待焊位置进行焊接。

所述抛物面反射镜固定于旋转架上，抛物面反射镜与旋转架通过支撑耳片固定于光丝同轴焊接头上，并可绕着支撑耳片进行旋转。

所述光内送丝系统通过支撑架固定于光丝同轴焊接头内部，焊丝放置于焊丝架，经推拉式滚轮、焊丝矫直器送至焊枪中的耐高温焊嘴，进行焊接作业。

焊接保护气系统用于对光丝同轴焊接过程实施保护，通过倒置吊环安装于光丝同轴焊接头上，根据焊接位置对焊接过程实施保护。

所述光丝同轴焊接头可通过多头螺纹实现上下连接，松开多头螺纹，上下分离光丝同轴焊接头，可实现光内送丝系统中焊丝的更换。