一种多功能激光焊接方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种多功能激光焊接方法及设备。包括：通过多功能焊接设备的激光头检测焊接接头的间隙S；计算机软件控制模块对焊接接头的间隙S进行分析，通过机械手控制系统控制多功能焊接设备开启与间隙S相匹配的焊接方式，S

A Multifunctional Laser Welding Method and Equipment

【技术实现步骤摘要】
一种多功能激光焊接方法及设备
本专利技术属于焊接
，特别是涉及一种多功能激光焊接方法及设备。
技术介绍
激光焊接是基于小孔效应原理，具有热输入低、焊接速度快、热变形和残余应力小等优点，能够获得大深宽比的高质量焊接接头。然而，自熔性激光焊接对接头间隙要求严格，当间隙量超过母材壁厚的10％或0.1mm两者中的较小值时，易出现下塌等成形不良缺陷。为降低接头间隙裕度要求，进一步改善焊缝成形，激光填丝焊和激光复合焊接等方法应运而生。激光填丝焊是在激光焊接过程中，向熔池填充焊丝的焊接方法。激光电弧复合焊接是将物理性能、能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既能充分发挥两种热源各自的优势，又相互弥补了各自的不足，从而形成了一种全新高效的焊接方法。经试验验证，激光填丝焊接对接头间隙的要求可以降低至母材壁厚的20％或0.3mm，取较小值；激光电弧复合焊接对接头间隙的要求可以降低至母材壁厚的30％或0.5mm，取较小值。其中，激光-TIG电弧复合焊接过程更加平稳，电弧稳定性好，更易获得良好的焊缝成形。总之，与常规弧焊方法相比，上述三种焊接方法均能够获得成形和性能均更加优异的焊接接头。激光电弧复合焊接方法虽然对接头间隙的要求最低，即工程适应性最强，但接头的熔宽相对较宽，焊接应力和变形相对较大；激光填丝焊接和自熔性激光焊接的熔宽相对较窄、焊接精度较高，但对接头间隙的要求相对较高。在工程应用中，针对不同的装配间隙情况适时选择最佳的激光焊接方法，是最理想的选择，而现有技术的焊接方式不能根据装配间隙自动选择相适宜的焊接方法，现有的焊接设备集成度底，功能和焊接方式单一，自动性能差，尤其对于复杂结构、多条焊缝的焊接。因此，专利技术人提供了一种多功能激光焊接方法及设备。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种多功能激光焊接方法及设备，根据检测的接头间隙大小能够自主选择与间隙范围相匹配的激光焊接方式，实现了自熔性激光焊、激光填丝焊和激光-TIG电弧复合焊三种焊接功能，能够显著提高零件的焊接质量和焊接效率。第一方面，本专利技术的实施例提出了一种多功能激光焊接方法，该方法包括：检测接头间隙，通过多功能焊接设备的激光头检测焊接接头的间隙S，并将检测信号输送至机械手控制系统的计算机软件控制模块；选择焊接方式，基于所述计算机软件控制模块对所述焊接接头的间隙S进行分析，通过所述机械手控制系统控制多功能焊接设备开启与间隙S相匹配的焊接方式，其中，当S<0.1mm时，多功能焊接设备开启自熔性激光焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路以及带动焊接夹具的转动机构均为开启状态；当0.1mm≦S<0.3mm时，多功能焊接设备开启激光填丝焊或激光-TIG电弧复合焊功能，开启激光填丝焊时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构以及送丝机构均为开启状态；当0.3mm≦S≦0.5mm时，多功能焊接设备开启为激光-TIG电弧复合焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构、送丝机构以及TIG电弧均为开启状态。进一步地，在所述选择焊接方式前，将S≦0.1mm时的检测结果设定为信号组合一，当机械手触发信号组合一时，开启自熔性激光焊功能；要求焊缝熔宽较窄时，将0.1mm≦S<0.3mm时的检测结果设定为信号组合三，当机械手触发信号组合三时，开启激光填丝焊功能；不要求焊缝熔宽时，将0.1mm≦S<0.3mm时的检测结果设定为信号组合五，当机械手触发信号组合五时，开启激光-TIG电弧复合焊功能；将0.3mm≦S≦0.5mm时的检测结果设定为信号组合五，当机械手触发信号组合五时，开启激光-TIG电弧复合焊功能。进一步地，在所述选择焊接方式前，将自熔性激光焊的结束状态设定为信号组合二，当机械手触发信号组合二时，机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路以及带动焊接夹具的转动机构均为关闭状态；将激光填丝焊的结束状态设定为信号组合四，当机械手触发信号组合四时，机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构以及送丝机构均为关闭状态；将激光-TIG电弧复合焊的结束状态设定为信号六，当机械手触发信号组合六时，机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构、送丝机构以及TIG电弧均为关闭状态。进一步地，在所述选择焊接方式前，在所述计算机软件控制模块上需构建接头间隙S分别与调控激光、TIG电弧、焊丝的工艺参数的指令程序。进一步地，所述机械手控制系统连接并控制激光器的激光功率、激光通路的开闭以及激光头的位姿。进一步地，所述机械手控制系统连接并控制TIG电弧焊的焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接电压、惰性保护气体流量。进一步地，所述机械手控制系统连接并控制所述转动机构的转动工艺参数，所述转动机构通过转向节与焊接夹具连接，所述焊接夹具用于夹装待焊接工件。进一步地，所述机械手控制系统连接并控制TIG电弧焊枪的工艺参数。进一步地，选择任一种焊接方式焊接时，在焊接进给方向上，所述激光头设在焊接接头的正上方，所述送丝结构和TIG电弧焊的焊枪分别设在所述激光头的前后两侧。第二方面，本专利技术提供了一种多功能激光焊接设备，用于第一方面的多功能焊接方法，该设备至少包括：激光焊接系统，包括用于发射激光的激光器，在激光的光路输出端设有用于读取数据的激光头；TIG电弧焊接系统，包括置于惰性气体保护罩中的非熔化电极，所述非熔化电极利用钨极和工件之间的电弧作为热源熔化焊丝，所述惰性气体保护罩用于在熔丝焊接时提供惰性保护气体；送丝机构调控系统，包括送丝轮和焊丝，所述送丝轮用于调控焊丝的送丝速度；工件夹装系统，包括在动力传递方向上连接的转动机构、转向节和焊接夹具，所述焊接夹具用于夹装焊接工件，所述转动机构用于驱动所述转向节带动焊接夹具进行转停运动，从而使焊接作用点始终作用于工件上的焊接位置；机械手控制系统，包括机械手及其计算机软件控制模块，计算机软件控制模块与所述激光焊接系统、所述TIG电弧焊接系统、所述焊丝调控系统和工件夹装系统分别连接并控制各个系统，所述计算机软件控制模块对所述焊接工件的焊接接头间隙S的分析，并将分析结果信号反馈至相应系统进行控制，实现自熔性激光焊、激光填丝焊和激光-TIG电弧复合焊三种焊接方法的功能选择与快速切换。综上，本专利技术的一种多功能激光焊接方法及设备，通过检测接头间隙，采用计算机软件控制模块对间隙进行分析，并通过机械手控制系统对多功能焊接设备上的激光、TIG电弧、焊丝的工艺调节，开启了与间隙S相匹配的焊接方式的功能，实现了自熔性激光焊、激光填丝焊和激光-TIG电弧复合焊三种焊接功能，本专利技术通过机械手控制系统实现焊接功能自动选择与快速切换，从而根据焊前装配的接头间隙大小情况，以及对于不同焊缝的要求，能够适时选择最佳焊接方法实现零件焊接连接，显著提高了焊接质量和焊接效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能激光焊接方法，其特征在于，包括：检测接头间隙，通过多功能焊接设备的激光头检测焊接接头的间隙S，并将检测信号输送至机械手控制系统的计算机软件控制模块；选择焊接方式，基于所述计算机软件控制模块对所述焊接接头的间隙S进行分析，通过所述机械手控制系统控制多功能焊接设备开启与间隙S相匹配的焊接方式，其中，当S<0.1mm时，多功能焊接设备开启自熔性激光焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路以及带动焊接夹具的转动机构均为开启状态；当0.1mm≦S<0.3mm时，多功能焊接设备开启激光填丝焊或激光‑TIG电弧复合焊功能，开启激光填丝焊时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构以及送丝机构均为开启状态；当0.3mm≦S≦0.5mm时，多功能焊接设备开启为激光‑TIG电弧复合焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构、送丝机构以及TIG电弧均为开启状态。

【技术特征摘要】
1.一种多功能激光焊接方法，其特征在于，包括：检测接头间隙，通过多功能焊接设备的激光头检测焊接接头的间隙S，并将检测信号输送至机械手控制系统的计算机软件控制模块；选择焊接方式，基于所述计算机软件控制模块对所述焊接接头的间隙S进行分析，通过所述机械手控制系统控制多功能焊接设备开启与间隙S相匹配的焊接方式，其中，当S<0.1mm时，多功能焊接设备开启自熔性激光焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路以及带动焊接夹具的转动机构均为开启状态；当0.1mm≦S<0.3mm时，多功能焊接设备开启激光填丝焊或激光-TIG电弧复合焊功能，开启激光填丝焊时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构以及送丝机构均为开启状态；当0.3mm≦S≦0.5mm时，多功能焊接设备开启为激光-TIG电弧复合焊功能，此时，所述机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构、送丝机构以及TIG电弧均为开启状态。2.根据权利要求1所述的多功能激光焊接方法，其特征在于，在所述选择焊接方式前，将S≦0.1mm时的检测结果设定为信号组合一，当机械手触发信号组合一时，开启自熔性激光焊功能；要求焊缝熔宽较窄时，将0.1mm≦S<0.3mm时的检测结果设定为信号组合三，当机械手触发信号组合三时，开启激光填丝焊功能；不要求焊缝熔宽时，将0.1mm≦S<0.3mm时的检测结果设定为信号组合五，当机械手触发信号组合五时，开启激光-TIG电弧复合焊功能；将0.3mm≦S≦0.5mm时的检测结果设定为信号组合五，当机械手触发信号组合五时，开启激光-TIG电弧复合焊功能。3.根据权利要求2所述的多功能激光焊接方法，其特征在于，在所述选择焊接方式前，将自熔性激光焊的结束状态设定为信号组合二，当机械手触发信号组合二时，机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路以及带动焊接夹具的转动机构均为关闭状态；将激光填丝焊的结束状态设定为信号组合四，当机械手触发信号组合四时，机械手控制系统控制激光器出光通路、TIG电弧焊接的保护气通路、带动焊接夹具的转动机构以及送丝机构均为关闭状态；将激光-TIG电弧复合焊的结束状态设定为信号六，当机械手触发信号组合六时，机械手控制系统控制激光器出光...

【专利技术属性】
技术研发人员：许飞，陈俐，何恩光，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11