连续变截面工件激光焊接方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及焊接技术领域，公开了连续变截面工件激光焊接方法和系统，方法包括：根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或连续变截面工件的运行轨迹，根据连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。系统包括激光焊接头、控制系统以及移动控制机构，控制系统与移动控制机构通信连接，移动控制机构用于控制激光焊接头依照连接缝的轨迹运动或用于控制待焊接的连续变截面工件依照连接缝的运动，激光焊接头为内部聚焦透镜可振动调节的激光焊接头。该方法和系统能实现连续变截面工件稳定且连续地完成焊接。

Laser welding method and system for continuous variable section workpiece

The invention relates to the field of welding technology, and discloses a laser welding method and system for continuously variable cross-section workpieces. The method comprises: presetting the running track of laser beam or continuously variable cross-section workpieces according to the connection seam formed after butt joint of the continuously variable cross-section workpieces to be welded, presetting the position parameter and position change parameter of laser beam focus according to the size of the continuously variable cross-section workpieces, and presetting the position parameter through excitation during welding The vibration of the focusing lens in the optical welding joint can adjust the focus position of the laser beam. The system includes laser welding joint, control system and mobile control mechanism. The control system is connected with mobile control mechanism through communication. Mobile control mechanism is used to control the laser welding joint to move according to the track of the connection joint or to control the continuous variable cross-section workpiece to be welded according to the movement of the connection joint. The laser welding joint is a laser welding joint with internal focus lens adjustable vibration. This method and system can realize stable and continuous welding of continuous variable cross-section workpiece.

【技术实现步骤摘要】
连续变截面工件激光焊接方法和系统
本专利技术涉及焊接
，具体而言，涉及连续变截面工件激光焊接方法和系统。
技术介绍
焊接技术是工程制造过程中关键技术之一，激光焊接技术因其具有能量密度高，焊接速度快，连接缝深宽比大，接头性能好，焊接结构变形小等突出优点广泛应用于航空航天、高速列车、汽车等工业生产中。根据结构设计要求，单一截面结构有时满足不了性能需求，根据功能不同，比如汽车纵梁前部要求易变性具有较高的碰撞吸收性能，后部要求具有高的刚性强度，或悬臂梁中根据弯矩大小采用不同大小的截面等情况，满足类似这种功能需求需要采用复杂的变截面结构或连续变截面结构。由于这类结构件加工难度大且加工程序复杂，一般根据板材厚度不同，通过改变焊接速度或改变焊接功率调节焊接热输入量从而实现焊接过程，但是焊接参数的急剧改变易导致过渡区焊接缺陷的产生。现有技术中，“变厚度变截面薄壁工件的激光焊接方法”提出通过优化激光焊接路径和激光入射角的偏摆来实现变截面处熔池的稳定过渡，防止产生气孔、未焊合、击穿孔等缺陷，但该专利技术主要针对变厚度变截面的结构件，即针对截面有一定突变的情况，该专利技术需要对截面进行划分，当到达过渡区采用倾斜激光入射角度5-30°实现热输入减少，但该专利技术无法针对连续变截面实现稳定焊接，另一方面改变激光入射角，相当于降低了焊接热效率。同时激光束与工件材料之间的吸收、反射等方式改变从而造成焊接接头性能不一致。专利技术专利“一种连续变截面汽车前纵梁及其制备方法”提出连续变截面的具体应用情景，专利技术提出汽车前纵梁的设计和制备方法，但仅提到吸能区和过渡区采用激光焊接连接，并无详细阐述如何实现，制备过程难以实现。另一技术专利“一种激光焊接用变截面板定位与夹紧装置”提出了用于这类激光焊接用夹具，该夹具结构复杂且没有涉及如何实现连续变截面结构的焊接方法。因此，现有技术中缺乏有效焊接连续变截面工件的方法。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可稳定焊接连续变截面工件的连续变截面工件激光焊接方法和系统。本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种连续变截面工件激光焊接方法，包括：根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或连续变截面工件的运行轨迹，根据连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。在可选的实施方式中，按照公式：Y＝-k(T-L)来预设激光束焦点的位置；公式中Y为离焦量，T为对应焊接位置处的连续变截面工件的厚度，L为激光焦长，k为焊接材质影响系数，当连续变截面工件的材质为高反材料有色金属时，k的取值在(0.4～0.6)的范围内，当连续变截面工件的材质为黑色金属时，k的取值在(0.2～0.4)的范围内；在可选的实施方式中，聚焦透镜的振动频率为10-500Hz，振幅0.5-10mm。在可选的实施方式中，在焊接过程中，调整激光功率以使熔深尺寸与该位置处的厚度匹配；在可选的实施方式中，通过传感器检测激光焊接头到连续变截面工件之间的距离变化来调整激光功率。在可选的实施方式中，在焊接过程中，通过监控器监控熔深尺寸以对激光功率进行修正。在可选的实施方式中，焊接过程中，激光焊接头发射出的激光束平行于竖直面，激光束与连接缝垂直；在可选的实施方式中，焊接过程中，使激光焊接头保持水平运动，或使连续变截面工件保持水平运动；在可选的实施方式中，在焊接前，还需要根据连续变截面工件的厚边和薄边的厚度预设激光参数的变化范围。在可选的实施方式中，将待焊接的连续变截面工件对接时，连续变截面工件水平面在下，变截面向上，采用卡固机构将待焊接的连续变截面工件卡紧。在可选的实施方式中，连续变截面工件的厚度为1.0-10.0mm，变截面厚度均匀过渡。第二方面，本专利技术实施例提供了一种连续变截面工件激光焊接系统，包括激光焊接机构、控制系统以及移动控制机构，激光焊接机构包括激光焊接头，控制系统被配制成可预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数，控制系统与移动控制机构以及激光焊接机构通信连接用于向移动控制机构以及激光焊接机构下发指令，移动控制机构用于控制激光焊接头对应连接缝运动或用于控制待焊接的连续变截面工件对应连接缝运动，激光焊接头为内部聚焦透镜可振动调节的激光焊接头。在可选的实施方式中，激光焊接系统还包括用于检测激光焊接头到连续变截面工件之间的距离的传感器，传感器设置于激光焊接头上，传感器与控制系统通信连接；在可选的实施方式中，激光焊接系统还包括用于监控熔深尺寸的监控器，监控器与控制系统通信连接。在可选的实施方式中，激光焊接机构还包括电气控制机构，电气控制机构与控制系统通信连接，控制系统向电气控制机构下发指令使电气控制机构控制聚焦透镜振动以调节激光焦点位置。在可选的实施方式中，激光焊接系统还包括卡固机构，卡固机构用于将待焊接的连续变截面工件卡紧；在可选的实施方式中，卡固机构包括用于抵紧连续变截面工件的薄边或变截面的第一抵紧件以及用于抵紧连续变截面厚边的第二抵紧件；在可选的实施方式中，激光焊接系统还包括工作载台，第一抵紧件和第二抵紧件设置于工作载台上；在可选的实施方式中，第一抵紧件包括固定部和活动抵紧部，活动抵紧部的一端用于抵接于连续变截面工件的变截面，活动抵紧部的另一端与固定部阻尼转动连接。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的连续变截面工件激光焊接方法，针对连续变截面结构件激光焊接中常出现因焊接参数的急剧改变易导致过渡区焊接缺陷，提出一种用于连续变截面结构件的激光焊接方法，首先根据连续变截面工件的连接缝预设激光束运行轨迹，根据连续变截面工件的尺寸预设焊接参数，以保证后续焊接过程在预设范围内进行焊接，进而保证焊接过程相对稳定，然后在焊接过程中选择聚焦透镜可振动以调节激光束焦点位置的激光焊接头进行焊接，通过振动聚焦透镜实现激光束焦点的上下连续振动可保证激光束焦点的位移不会呈现过大的梯度变化，保证激光束焦点位移的稳定性进而保证连续变截面工件稳定且连续地完成焊接。本专利技术提供的连续变截面工件激光焊接系统，能够实施本专利技术提供的方法，该系统可使得连续变截面工件稳定且连续地完成焊接。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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的连续变截面工件激光焊接系统的工作流程示意图；图2为激光焊接头焊接连续变截面工件的示意图；图3为连续变截面工件在连接缝处处剖面示意图；图4为将图3圆圈区域放大后激光束焦点变化示意图；图5为连续变截面工件被卡固机构卡紧时的示意图。图标：100-连续变截面工件激光焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，包括：/n根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或所述连续变截面工件的运行轨迹，根据所述连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；/n焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，包括：
根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或所述连续变截面工件的运行轨迹，根据所述连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；
焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。


2.根据权利要求1所述的连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，按照公式：Y＝-k(T-L)来预设激光束焦点的位置；公式中Y为离焦量，T为对应焊接位置处的所述连续变截面工件的厚度，L为激光焦长，k为焊接材质影响系数，当所述连续变截面工件的材质为高反材料有色金属时，k的取值在(0.4～0.6)的范围内，当所述连续变截面工件的材质为黑色金属时，k的取值在(0.2～0.4)的范围内；
优选地，聚焦透镜的振动频率为10-500Hz，振幅0.5-10mm。


3.根据权利要求1所述的连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，调整激光功率以使熔深尺寸与该位置处的厚度匹配；
优选地，通过传感器检测激光焊接头到所述连续变截面工件之间的距离变化来调整激光功率；
优选地，在焊接过程中，通过监控器监控熔深尺寸以对激光功率进行修正。


4.根据权利要求1所述的连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，所述激光焊接头发射出的激光束平行于竖直面，所述激光束与连接缝垂直；
优选地，焊接过程中，使所述激光焊接头保持水平运动，或使连续变截面工件保持水平运动；
优选地，在焊接前，还需要根据所述连续变截面工件的厚边和薄边的厚度预设激光参数的变化范围。


5.根据权利要求1所述的连续变截面工件激光焊接方法，其特征在于，将待焊接的连续变截面工件对接时，所述连续变截面工件水平面在下，变截面向上，采用卡固机构将待焊接的连续变截面工件卡紧。


6.根据权利要求1所述的连续变截面工件激光焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡得涛，罗子艺，韩善果，董春林，易耀勇，郑世达，王亚琴，弗拉基斯拉夫·哈斯金，
申请(专利权)人：广东省焊接技术研究所广东省中乌研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44