一种激光焊接设备及激光焊接设备的焊接控制方法技术

本发明专利技术公开了一种激光焊接设备及激光焊接设备的控制方法，其特征在于，包括如下工序：用于对两个铝合金薄板待焊工件的焊接面进行激光焊接，其特征在于：所述激光焊接设备包括内部设有反射隔离器并发出激光束的激光发生器；与所述激光发生器通过激光引导件连接的激光焊接头，所述激光焊接头的出射激光束垂直入射至所述焊接面；所述激光焊接头通过执行机构驱动运动，所述激光焊接头上集成设置有焦距检测系统。本发明专利技术激光焊接设备及激光焊接设备的控制方法，能有效的降低设备投资成本，实现产线自动化、提高焊缝力学性能、降低焊接过程变形、提升产品焊接合格率，可获得较好焊缝，解决激光焊接缺陷，具有较好的应用前景。

A laser welding equipment and welding control method of laser welding equipment

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接设备及激光焊接设备的焊接控制方法
本专利技术属于汽车制造
，更具体地说，涉及一种激光焊接设备及激光焊接设备的控制方法。
技术介绍
目前，随着世界环境的持续恶化，减排压力不断加大，世界节能与环境协会的研究报告指出汽车重量减少10％，则燃油消耗可降低6％～8％，排放降低5％～6％，而采用铝合金车身是实现车身轻量化的有效手段，以新能源车型为例，采用全铝框架车身能够实现整车轻量化。随着铝合金材料在车身上的应用，铝合金材料的连接方式成为技术难点。现阶段，例如新能源车行业的铝合金零部件大多采用电阻点焊、MIG焊、热流转FDS、自穿铆SPR等焊接连接方式，但是，电阻点焊适用于钢制零件的连接，其在铝合金零件上的焊接电流是钢制零件的10倍左右，焊接能耗高。而MIG焊因热输入量高、焊接变形量大等自身短板，多采用自动化率低的手工焊接方法，无法满足大批量流水线自动作业的需求且生产环境恶劣。FDS、SPR焊接，因两者均生产耗材成本高，很难全工艺推广。相较来说，激光焊接具有能量密度高、热输入量小、焊接变形小、焊接速度快、制造成本低等优势，尤其适用于铝合金车身特别是车身顶盖、后背门、地板蒙皮等对焊接后的连接强度及变形量有着特殊要求的部位。由于铝合金材料具有较高的反射率，对于目前行业内已采用的激光焊接，为了避免激光被反射回激光发生器系统造成设备损坏，在工程实际应用中，激光束需要以一定的角度倾斜射入焊接面，另外，在激光焊接过程中，因激光对焊接熔池的冲击作用，焊接熔池易产生焊接飞溅，飞溅对激光头保护镜片有损伤，为此，行业内通过增大激光束聚焦长度来减少飞溅影响，从而导致焊接有效功率衰减，造成需要提供较高的激光功率(一般要求4kW以上)来确保焊接熔池获得足够的能量。另外，由于铝的化学性质活泼，焊缝中容易生成气孔，熔化的金属易被空气氧化，加之激光对焊接熔池具有较大的冲击作用等因素，稳定地获得外观良好、连接可靠的焊缝较为困难。此外，激光焊接工艺对待焊工件位置度、配合间隙要求高，一旦出现较小偏差，则会出现焊穿、焊偏、未熔合等缺陷。因此，提供焊接能耗低、成本低、质量高的激光焊接设备及其控制方法成为目前务必解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可获得较好焊缝，解决激光焊接缺陷的激光焊接设备及激光焊接设备的控制方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：所提供的这种激光焊接设备，其特征在于，包括如下工序：用于对两个铝合金薄板待焊工件的焊接面进行激光焊接，其特征在于：所述激光焊接设备包括内部设有反射隔离器并发出激光束的激光发生器；与所述激光发生器通过激光引导件连接的激光焊接头，所述激光焊接头的出射激光束垂直入射至所述焊接面；所述激光焊接头通过执行机构驱动运动，所述激光焊接头上集成设置有焦距检测系统，控制装置分别与所述激光发生器、执行机构以及所述焦距检测系统电连接。为使上述技术方案更加详尽和具体，本专利技术还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：控制装置分别与所述激光发生器、执行机构以及所述焦距检测系统电连接。所述焦距检测系统包括设在激光激光焊接头上的焊缝跟踪传感器。所述激光焊接设备还包括用于控制两待焊工件间间隙的夹具。所述激光焊接设备在所述出射激光束的出射方向上设有阻隔板，所述阻隔板位于所述激光焊接头上保护镜片的下方。所述激光焊接设备还包括设于激光焊接头外侧的保护气喷嘴。保护气喷嘴与所述激光焊接头同轴布置。一种激光焊接设备的控制方法，在各个焊接加工周期的焊接前，控制装置控制焦距检测系统自动识别在所述出射激光束的出射方向上最接近所述激光焊接头的待焊工件与所述激光焊接头之间的位置偏差量，所述控制装置根据所述位置偏差量控制所述执行机构以调整所述激光焊接头的运动轨迹，使所述出射激光束始终聚焦在最接近所述激光焊接头的待焊工件的预设范围内；控制激光束垂直射入待焊工件表面。在各个焊接加工周期的焊接中，所述控制装置控制所述激光焊接头在所述焊接面上形成多个间断分布的焊缝。每个所述焊缝均为弧形，包括中间段及分别与所述中间段垂直的起始段和收尾段；所述激光发生器对应于所述焊缝的起始段、起始段至中间段及收尾段发出相应的所述激光束。所述控制装置对应于所述激光光斑的起始段、起始段至中间段及收尾段分别向所述激光发生器施加超低激光功率、瞬变过渡的激光功率及渐变过渡的激光功率以发出相应的所述激光束。超低激光功率、瞬变过渡的激光功率及渐变过渡的激光功率的参数取值为，超低激光功率在200～350W之间；瞬变过渡的峰值功率在1600～1800W之间；总焊接时间用时约1.5-2.5s/焊缝，其中起始段用时约0.15-0.3s，中间段用时约1-2s，收尾段用时约05-0.8s。激光焊接设备的保护气喷嘴喷射出的保护气体为氩气或是体积比为1:1的氩气和氦气。所述保护气体喷施的流量控制在10～15L/min。待焊工件为1mm～3.5mm厚的汽车用铝合金薄板。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术激光焊接设备及激光焊接设备的控制方法，可获得较好焊缝，解决激光焊接缺陷，具有较好的应用前景。附图说明下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本专利技术激光焊接设备的工作状态结构示意图；图2是本专利技术激光焊接设备的局部示意图；图3是本专利技术激光焊接设备的显示了焊缝分布的局部示意图；图4是图2中标示A的局部放大示意图；图5是本专利技术激光焊接设备的一个焊接周期内激光功率变化示意图；图6是本专利技术激光焊接设备的激光焊接加工过程示意图。图中附图标记：1--激光发生器；2--激光引导件；3--激光焊接头；4--阻隔板；5--执行机构；6--焦距检测系统；7--C型焊缝；7-1--中间段；7-2--起始段；7-3--收尾段；8--保护气喷嘴；9--保护气体储存罐；10--夹具；P1、P2--待焊工件；G--保护气体、R--焊接熔池、L--出射激光束。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。本专利技术涉及一种全铝框架车身激光深熔焊接的工艺方法，可以解决铝合金激光焊激光功率要求高、难以获得良好焊缝、易产生焊接缺陷等问题。如图1至6所示，本专利技术提供了一种激光焊接设备，用于对两个待焊工件P1、P2的焊接面进行激光焊接，激光焊接设备包括：内部设有反射隔离器(未图示)并发出激光束的激光发生器1、与激光发生器1通过激光引导件2连接的激光焊接头3、驱动激光焊接头3运动的执行机构5、与激光焊接头3集成设置的焦距检测系统6，以及控制装置(未图示)。控制装置分别与激光发生器1、执行机构5以及焦距检测系统6电连接。上述激光引导件2可以是光纤、光缆。激光焊接头3的出射激光束L垂直入射至焊接面。控制装置控制焦距检测系统6自动识别在出射激光束L的出射方向上最接近激光焊接头3的待焊工件P1与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光焊接设备，其特征在于，包括如下工序：用于对两个铝合金薄板待焊工件的焊接面进行激光焊接，其特征在于：所述激光焊接设备包括内部设有反射隔离器并发出激光束的激光发生器；与所述激光发生器通过激光引导件连接的激光焊接头，所述激光焊接头的出射激光束垂直入射至所述焊接面；所述激光焊接头通过执行机构驱动运动，所述激光焊接头上集成设置有焦距检测系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接设备，其特征在于，包括如下工序：用于对两个铝合金薄板待焊工件的焊接面进行激光焊接，其特征在于：所述激光焊接设备包括内部设有反射隔离器并发出激光束的激光发生器；与所述激光发生器通过激光引导件连接的激光焊接头，所述激光焊接头的出射激光束垂直入射至所述焊接面；所述激光焊接头通过执行机构驱动运动，所述激光焊接头上集成设置有焦距检测系统。


2.按照权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于：控制装置分别与所述激光发生器、执行机构以及所述焦距检测系统电连接。


3.按照权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于：所述焦距检测系统包括设在激光激光焊接头上的焊缝跟踪传感器。


4.按照权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于：所述激光焊接设备还包括用于控制两待焊工件间间隙的夹具。


5.按照权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于：所述激光焊接设备在所述出射激光束的出射方向上设有阻隔板，所述阻隔板位于所述激光焊接头上保护镜片的下方。


6.按照权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于：所述激光焊接设备还包括设于激光焊接头外侧的保护气喷嘴。


7.按照权利要求6所述的激光焊接设备，其特征在于：保护气喷嘴与所述激光焊接头同轴布置。


8.一种如权利要求1至7任一项所述的激光焊接设备的控制方法，其特征在于：在各个焊接加工周期的焊接前，控制装置控制焦距检测系统自动识别在所述出射激光束的出射方向上最接近所述激光焊接头的待焊工件与所述激光焊接头之间的位置偏差量，所述控制装置根据所述位置偏差量控制所述执行机构以调整所述激光焊接头的运动轨迹，使所述出射激光束始终聚焦在最接近所述激光焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：茅卫东，李盛良，王宇，王成文，段明辉，陈宇璇，袁浩，朱明辉，
申请(专利权)人：奇瑞新能源汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34