一种用于多层多道焊的磁控电弧-激光焊缝跟踪及热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于多层多道焊的磁控电弧

【技术实现步骤摘要】
一种用于多层多道焊的磁控电弧
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激光焊缝跟踪及热处理方法


[0001]本专利技术具体涉及一种用于多层多道焊的磁控电弧
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激光焊缝跟踪及热处理方法，属于焊接自动化领域，

技术介绍

[0002]在当今的轨道交通、航天等大型化制造行业，中厚板的钢材应用越来越广，而焊接技术是中厚板加工制造中的一项关键技术，高效优质的焊接技术是实现我国制造业转型升级的重要影响因素，而焊接接头的质量是最重要的技术指标，因此，亟待一种更优化的焊接方法。
[0003]电弧增材制造是以电弧为热源，以氩气等惰性气体作为保护气体，在电弧加热过程中不断熔化丝材，以堆积的方式将丝材沿规划路径逐层堆积成金属结构件,具有制造成本低，制造效率高，材料利用率高等特点，电弧焊在多层多道焊中得到广泛应用，缺点是电弧热输入分散、热输入量高而且电弧形态受到电极的影响，电弧增材制造过程中层间温度分布不均容易形成气孔、裂纹等层间缺陷，以及存在力学性能各向异性的问题。
[0004]激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成完成焊接；具有焊接速度快，效率高，可进行不同材料的复合焊接，适用于各种复杂工作环境，操作简单易学上手快，操作人员技术门槛不高，更省人工成本支出。缺点是要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄，若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾；同时激光焊成本过高。
[0005]于是激光
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电弧复合焊技术应用而生，利用激光和电弧作为双热源，同时作用在同一熔池，激光和电弧同时作用在待焊工件上，既利用了激光焊和电弧焊的优势，又弥补了各自的不足。由于热输入高，焊缝熔透好，在大厚度的材料焊接方面，这种复合焊接技术具有更大的优势，激光
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电弧复合焊接技术实现了厚板的多层多道焊接；然而在实际焊接中，这种方法在多层多道填丝焊的接头中经常会出现如侧壁未熔合、气孔以及相邻填充层以及侧壁之间的孔洞；大量实验研究分析表明，侧壁未融合是由于焊丝偏离接头中心位置造成的，在多层多道焊接接头中非常普遍；目前，还未提出合理以及有效的解决方案。
[0006]然而，无论哪种方法，多层多道焊中都存在焊层、焊道间的温度分布不均匀，产生热裂纹、气孔等现象，影响焊接质量。

技术实现思路

[0007]针对现有技术及以上缺陷，本专利技术提供了一种用于多层多道焊的磁控电弧
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激光焊缝跟踪及热处理方法，本专利技术既包含了电弧跟踪、激光跟踪功能，同时也包括了焊前预热、焊后保温热处理，实现焊接、跟踪、热处理功能的一体化。在解决多层多道电弧焊过程中层间温度分布不均、容易形成气孔、裂纹等缺陷，以及存在力学性能各向异性、侧边缘未融
合的问题，本专利技术保证焊缝成型质量的同时，也大大地节约了成本、提高了焊接的效率。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下；
[0009]一种用于多层多道焊的磁控电弧
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激光焊缝跟踪及热处理方法，主要包括双路优化比例分光模块、线激光检测模块、磁控摆动电弧模块、焊前激光预热模块、焊后激光保温模块、焊接电源、数字及图像处理模块、工控机运算模块；所述磁控摆动电弧模块包括磁场激励电源、磁场励磁线圈，所述双路优化比例分光模块包括双路优化比例分光镜、点线激光转换器，所述数字及系统处理模块包括激光电弧偏差信息处理模块及滤波、去噪、边缘提取图像处理模块。
[0010]整体结构采取双路优化比例分光模块在上，焊前激光预热模块在前，线激光检测模块、磁控摆动电弧跟踪模块在中间、焊后激光保温模块在后，线激光检测模块和磁控摆动电弧跟踪模块结合起来引导电弧的多层多道焊。于焊接、跟踪、热处理功能一体结构安装在焊枪上；所述磁场励磁线圈在焊枪前后安装，通电后形成水平横向磁场，可控制电弧的左右摆动，在线激光检测模块检测到每层焊缝最边缘时，启动磁控摆动电弧模块，使电弧偏转至边缘焊缝中心，进而检测到每层边缘焊缝并促进侧边缘的融合，改善侧边缘未融合问题。
[0011]所述双路优化比例分光模块将激光发射器发出的激光经过双路优化比例分光镜的反射和折射后分成两束激光，先通过第一块双路优化比例分光镜发生反射和折射，按照1：1分光比分成两束激光，反射后的激光束经过光纤激光传导机构传送至焊前激光预热模块，折射后的激光再通过第二块双路优化比例分光镜按照1：9分光比分成折射激光和反射激光，分别通过各自的光纤激光传导机构传送至线激光检测模块、焊后激光保温模块，形成焊接、跟踪、热处理功能于一体结构。
[0012]所述线激光检测模块和磁控摆动电弧模块在焊接过程中均可实时检测焊缝中心，两者得出的偏差值经过工控机优化处理得到最佳偏差值，将得到的最佳偏差值反馈给驱动执行机构，实现焊缝的实时在线纠偏。
[0013]一种用于多层多道焊的激光
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电弧热处理及跟踪方法，由以下步骤完成；
[0014]打底焊，焊缝特征明显，磁控摆动电弧跟踪模块不工作，所述线激光检测模块检测焊缝中心，将焊缝路径及空间位置反馈给工控机进行运算处理，控制执行机构，只需进行一次单道焊完成打底焊。
[0015]填充焊，采用多道焊，所述线激光检测模块检测最左侧、最右侧两侧边缘焊缝，将焊缝路径及空间位置反馈给工控机进行运算处理，控制执行机构，摆动电机无需摆动，所述磁控摆动电弧模块启动磁场励磁电源，前后磁场励磁线圈得电，形成的水平磁场控制电弧的左右偏转，控制通电电流大小及其方向使电弧偏向侧边缘焊缝正中心，实现每层的侧边缘充分熔合；先完成两侧边缘焊，然后往中间填充，由线激光检测模块检测相邻两焊道的焊缝，将焊缝路径及空间位置反馈给工控机，指导焊枪到达焊缝中心，摆动电机边焊边摆动，电弧传感器工作，根据摆动实时反馈回来的电流，电压信号变化，从而进一步确定焊缝中心，完成填充焊。
[0016]盖面焊，方法同填充焊。
附图说明
[0017]图1是本专利技术整体结构分布示意图；
[0018]图2双路优化比例分光原理图；
[0019]图3是本专利技术焊接过程跟踪、热处理原理图；
[0020]图4是磁控电弧摆动原理图；
[0021]图5是实施例1的多层多道焊实施原理图；
[0022]图中1—磁场励磁线圈，2—焊枪，3—光纤激光传导机构，4—双路优化比例分光模块，5—点线激光转换器，6—CCD相机，7—摆动器，8—待焊工件，9—智能激光功率调节器，10—左侧红外温度传感器，11—右侧红外温度传感器，12—紧固螺钉，13—激光发射器，14—保护套，15—上双路优化比例分光镜，16—下双路优化比例分光镜，17—激光导出口
具体实施方案
[0023]为了更好的表达整个专利技术的技术方案与有益效果，下面结合附图1
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5对本专利技术做进一步详细说明。但是，本专利技术的实施方式不限于此，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何等同替换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多层多道焊的磁控电弧
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激光焊缝跟踪及热处理方法，其特征在于；该方法所用到的装置主要由焊前激光预热模块、线激光检测模块、磁控摆动电弧跟踪模块、焊后激光保温模块、双路优化比例分光模块组成；该装置是集焊接、跟踪、热处理功能于一体的结构，其中双路优化比例分光模块在上，焊前激光预热模块在前，线激光检测模块、磁控摆动电弧跟踪模块位于中间，焊后激光保温模块在后，线激光检测模块和磁控摆动电弧跟踪模块联合共同引导焊枪进行多层多道焊。2.根据权利要求1所述的一种用于多层多道焊的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，张正明，罗权，秦子濠，杨龙，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：