一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，包括：送丝机、热丝电源以及待焊件；所述送丝机包括送丝枪、焊丝，所述送丝枪内设置焊丝；所述热丝电源的正极与所述送丝枪连接，所述热丝电源的负极与所述待焊件连接；所述热丝电源、所述送丝枪、所述待焊件之间构成一个闭合回路。本发明专利技术提供的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，很好的解决在焊接过程中添加粉末，粉末熔化吸热导致焊丝未完全熔化，从而形成表面粗糙、内部有缺陷的焊缝的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置及方法
本专利技术涉及材料焊接
，尤其是涉及一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置及方法。
技术介绍
激光填丝焊接是一种高能束焊接技术，具有能量密度高、焊接热输入小、接头的热影响区小等优点，已经被广泛应用于航空、航天及汽车领域。目前工业领域对于焊缝的各种性能如塑形耐磨耐蚀的要求逐年提高，这就要求除了调节送丝速度及送丝角度等参数之外，在焊丝中添加大量合金元素是使用最多和最有效的改善焊缝性能的方法。现有技术中为了改善焊缝性能，一般采用在焊丝中添加大量合金元素或者焊接过程中直接在焊丝上添加粉末两种方式。但是在焊丝中添加大量合金元素会导致制作焊丝的拉丝工艺无法实现；而在焊接过程中添加粉末，粉末熔化吸热，会吸收一部分焊丝熔化时所需的热量，导致焊丝未完全熔化，从而导致形成的焊缝表面粗糙、内部有缺陷的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置及方法，旨在解决在焊接过程中添加粉末，粉末熔化吸热导致焊丝未完全熔化，从而形成表面粗糙、内部有缺陷的焊缝的问题。本专利技术提供了一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，包括：送丝机、热丝电源以及待焊件；所述送丝机包括送丝枪、焊丝，所述送丝枪内设置焊丝；所述热丝电源的正极与所述送丝枪连接，所述热丝电源的负极与所述待焊件连接；所述热丝电源、所述送丝枪、所述待焊件之间构成一个闭合回路。进一步地，所述焊接装置还包括同轴光纤激光器；所述同轴光纤激光器包括激光发射器和环形聚焦镜，所述激光发射器发射激光束照射到环形聚焦镜上形成中空环形激光；所述环形聚焦镜内设置有送粉管，所述送粉管与送粉器连接，所述环形聚焦镜的底部为同轴送粉喷嘴，所述送粉管与所述送粉喷嘴连接，粉末通过送粉管和送粉喷嘴形成向下喷射的粉末束流；所述焊丝、所述粉末束流、所述中空环形激光汇集到待焊件上一点。中空环形激光为焊丝和粉末束流熔化提供热量，来保证焊丝与粉末束流同时熔化，利用粉末束流中的各种合金元素来改善焊缝的各种性能，从而解决现有技术中在焊丝中添加合金元素导致拉丝工艺困难的问题。进一步地，所述送丝机还包括导电嘴以及主机；所述主机与所述热丝电源连接，以用于驱动所述送丝枪送丝；所述送丝枪的一端与主机连接，所述送丝枪的另一端安装有导电嘴。热丝电源为送丝枪送焊丝提供动力；导电嘴一方面是为了更稳定的将焊丝送入指定区域，另一方面是为了增强焊接过程的稳定性，提高传导电流的能力。进一步地，所述同轴光纤激光器的侧壁设置有连接组件；所述连接组件一端安装在所述同轴光纤激光器的侧壁，另一端与所述送丝枪相固接；所述环形聚焦镜的底部设置有保护气体喷管，所述保护气体喷管用于喷射Ar气或者He气中的一种。通过在同轴光纤激光器的侧壁设置连接组件，并将连接组件的一端与送丝枪相固接，能够将同轴光纤激光器与送丝机固定成一个整体，还能够增加焊接过程中，焊丝位置的固定，防止焊丝滑动造成待焊件焊接性能的降低。进一步地，所述焊接装置还包括步进电机；所述步进电机与工装夹具连接，所述工装夹具上固定待焊件；所述步进电机驱动工装夹具移动，以用于控制待焊件的焊接速度。焊接过程中，同轴光纤激光器与送丝机的位置不发生改变，通过工装夹具的移动来完成焊接。其中，工装夹具固定待焊件，步进电机驱动工装夹具移动的速度来控制待焊件的焊接速度。进一步地，所述激光束与所述送丝枪的夹角为25～55°。通过调节激光束与送丝枪的角度，能够增加表面光滑的焊缝。一种激光同轴送粉和热丝耦合的新型焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)焊接前，对待焊件表面打磨并用酒精丙酮清洗，然后将其固定在工装夹具上；(2)将中空环形激光和焊丝共同作用到被焊区域上，并设置几何参数；(3)设置激光同轴送粉和热丝耦合的焊接参数；(4)启动同轴光纤激光器控制开关，通入保护气体，打开热丝电源1.0～2.0s后，打开送丝机送给焊丝，同时启动送粉器，打开激光发射器发射激光束，启动步进电机驱动工装夹具沿着焊缝方向移动待焊件，焊丝、粉末束流以及中空环形激光同时作用到待焊件上进行焊接；(5)步进电机停止转动，关闭送粉器和送丝机，关闭激光器，关闭直流热丝电源，最后关闭保护气体，完成激光同轴送粉和热丝耦合的焊接。进一步地，步骤(2)中，所述激光束的光斑直径为1～3mm，所述激光束的离焦量为-3～+3mm。进一步地，步骤(3)中，激光功率为800～3000W，焊接速度为50～200mm/min，送丝速度为50～300mm/min，保护气体为惰性气体Ar气或者He气中的一种，所述惰性气体的流量为10～30L/min。进一步地，步骤(4)中，所述中空环形激光在焊接时倾斜5°～10°，指向待焊部位。本专利技术提供的一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，通过将热丝电源的正极与送丝枪连接，热丝电源的负极与待焊件连接，由此热丝电源、送丝枪、待焊件之间构成一个闭合回路；利用热丝电源预热焊丝来降低熔化焊丝所需的激光能量密度，既满足了粉末熔化所需的热量，又不影响焊丝熔化时所需的热量，解决在焊接过程中添加粉末，粉末熔化吸热导致焊丝未完全熔化，从而形成表面粗糙、内部有缺陷的焊缝的问题，可实现表面光滑内部几乎无缺陷的焊缝。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。图1为为本专利技术实施例提供的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的同轴光纤激光器的剖视图。附图标记说明：1为同轴光纤激光器，11为激光发射器，111为激光束，12为环形聚焦镜，121为中空环形激光，13为送粉器，131为送粉管，14为粉末束流，15为保护气体喷管，16为连接组件；2为送丝机，21为主机，22为送丝枪，23为导电嘴，24为焊丝，25为热丝电源，251正极，252为负极；3为待焊件，31为熔池，32为工装夹具，33为步进电机。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语"本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，包括：送丝机、热丝电源以及待焊件；/n所述送丝机包括送丝枪、焊丝，所述送丝枪内设置焊丝；/n所述热丝电源的正极与所述送丝枪连接，所述热丝电源的负极与所述待焊件连接；/n所述热丝电源、所述送丝枪、所述待焊件之间构成一个闭合回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，包括：送丝机、热丝电源以及待焊件；
所述送丝机包括送丝枪、焊丝，所述送丝枪内设置焊丝；
所述热丝电源的正极与所述送丝枪连接，所述热丝电源的负极与所述待焊件连接；
所述热丝电源、所述送丝枪、所述待焊件之间构成一个闭合回路。


2.根据权利要求1所述的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述焊接装置还包括同轴光纤激光器；
所述同轴光纤激光器包括激光发射器和环形聚焦镜，所述激光发射器发射激光束照射到环形聚焦镜上形成中空环形激光；
所述环形聚焦镜内设置有送粉管，所述送粉管与送粉器连接，所述环形聚焦镜的底部为同轴送粉喷嘴，所述送粉管与所述送粉喷嘴连接，粉末通过送粉管和送粉喷嘴形成向下喷射的粉末束流；
所述焊丝、所述粉末束流、所述中空环形激光汇集到待焊件上一点。


3.根据权利要求2所述的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述送丝机还包括导电嘴以及主机；
所述主机与所述热丝电源连接，以用于驱动所述送丝枪送丝；
所述送丝枪的一端与主机连接，所述送丝枪的另一端安装有导电嘴。


4.根据权利要求3所述的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述同轴光纤激光器的侧壁设置有连接组件；
所述连接组件一端安装在所述同轴光纤激光器的侧壁，另一端与所述送丝枪相固接；
所述环形聚焦镜的底部设置有保护气体喷管，所述保护气体喷管用于喷射Ar气或者He气中的一种。


5.根据权利要求4所述的激光同轴送粉和热丝耦合的焊接装置，其特征在于，所述焊接装置还包括步进电机；
所述步进电机与工装夹具连接，所述工装夹具上固定待焊件；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，杨骞，王博，石玗，顾玉芬，樊丁，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62