本发明专利技术公开了一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法，属于激光电弧复合焊接的技术领域，厚板夹持紧固于导轨平台上，导轨平台用于带动厚板沿焊接方向移动；焊接机构包括焊枪头以及设置于焊枪头一端的导电嘴，导电嘴沿焊枪头的长度方向伸缩，导电嘴用于引导焊丝；激光发射机构包括激光头以及激光束，激光束经过激光头照射于厚板的焊接位置；磁场调节机构包括夹持架、圆柱铁芯以及螺旋线圈，螺旋线圈套设于圆柱铁芯外；清理机构包括夹持块、旋转杆以及钢丝棍刷，旋转杆与夹持块转动连接，钢丝棍刷安装于旋转杆的底部。本装置设计简单灵巧、可调节性强，能够从多角度提高电弧能量在窄间隙的合理分布，提高厚板的焊接质量。量。量。
【技术实现步骤摘要】
一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法
[0001]本专利技术涉及激光电弧复合焊接的
，尤其涉及一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法。
技术介绍
[0002]激光电弧复合焊接，简称LAHW，现阶段，随着航空航天、轨道交通、船舶工业、武器装备、核电设备等领域中各种大型结构件的设计和出现，对于各类金属材料的厚板焊接需求不断增大，厚板焊接技术的进步可以得到更高质量的焊接接头，提高厚板在各领域的应用，对我国制造业的发展以及军事实力的增强有着极其重要的作用。
[0003]相较于传统厚板开设大截面坡口的焊接方法，厚板窄间隙焊接具有热输入低、填充量小、材料利用率高、焊接变形小、焊接应力小、焊接效率高的优势。但是由于厚板焊接中焊丝的干伸长较长，存在焊丝准直度不足的问题，容易导致焊丝末端位置偏移而造成电弧偏吹，在厚板窄间隙焊接中会造成严重的侧壁起弧、侧壁未熔合、焊道成形差等问题，直接影响厚板的最终成形与质量。
[0004]针对焊丝准直不足而导致电弧偏吹的难点，目前主要通过旋转导电嘴将电弧能量传递到窄间隙两侧，但是仍旧存在导电嘴易磨损、电机易故障等问题，此外这种机械方式不能很好的控制电弧能量的分布；而磁控窄间隙的焊接方法则通过磁场对电弧的偏转进行控制，具有无接触、控制简单的优点，但是焊丝末端的偏转量是实时变化的，该方法并不能调控电弧的动态变化，同时电弧在常规磁场中往两侧偏转的程度是不相同的，所以两侧侧壁的电弧能量仍然具有差异，甚至在焊丝偏转较大时，可能存在有一侧侧壁焊接完成时，另一侧侧壁仍具有焊接未熔合的缺陷。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法，实现提高焊丝准直度、纠正电弧偏吹、改善多层焊接整体成形度的效果。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，包括导轨平台以及设置于所述导轨平台上的焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构以及清理机构；所述导轨平台用于带动厚板沿焊接方向移动；所述焊接机构包括焊枪头以及设置于所述焊枪头一端的导电嘴，所述导电嘴沿所述焊枪头的长度方向伸缩，所述导电嘴用于引导焊丝；所述激光发射机构包括激光头以及激光束，所述激光束经过激光头照射于厚板的焊接位置；所述磁场调节机构包括夹持架、圆柱铁芯以及螺旋线圈，所述夹持架用于安装所述圆柱铁芯，所述螺旋线圈套设于圆柱铁芯外，所述螺旋线圈与磁场控制系统连接，用于调节焊接位置的磁场强度与极性；
所述清理机构包括夹持块、旋转杆以及钢丝棍刷，所述夹持块用于支撑旋转杆，所述旋转杆与夹持块转动连接，所述钢丝棍刷安装于旋转杆的底部。
[0007]进一步的，所述导轨平台上设有高速相机，所述高速相机的摄像头正对焊接方向设置，用于实时监测所述焊接机构的焊接位置；所述导轨平台上设有分别与高速相机、焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构相连接的监测系统，所述监测系统响应于高速相机的监测信号而控制焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构运作。
[0008]进一步的，所述焊枪头内部设有滑块通道、旋转螺柱以及平键滑块，所述滑块通道为圆头平键形状，所述旋转螺柱位于滑块通道且与所述平键滑块螺纹连接，所述平键滑块用于与所述导电嘴并在旋转螺柱的驱动下带动导电嘴移动。
[0009]进一步的，所述夹持架通过夹持组件与导轨平台连接，所述夹持组件用于调节夹持架与焊接位置的距离。
[0010]进一步的，所述螺旋线圈为串联结构，所述螺旋线圈连接磁场控制系统，所述磁场控制系统用于控制螺旋线圈的磁场强度大小以及极性。
[0011]进一步的，所述激光头连接激光器，所述激光器为固体激光器、气体激光器或光纤激光器。
[0012]进一步的，所述夹持块通过夹持杆连接在激光头上。
[0013]进一步的，所述夹持块内部设有旋转电机，所述旋转电机的输出轴与旋转杆同轴连接，进行激光电弧复合焊接操作时，所述钢丝棍刷垂直焊缝放置。
[0014]另一方面，本专利技术提供的一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹方法采用如下的技术方案：一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹方法，使用了上述的一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，包括以下步骤：步骤一：将待焊的厚板固定夹持于导轨平台上，通过设定导轨平台的移动速度与位移来控制焊接速度与焊接距离；步骤二：调节焊枪头、激光头的设置角度与设置位置，调整激光离焦量、光丝间距等参数，进给焊丝并通过移动导电嘴保持焊丝干伸长的一致，随后调整高速相机的位置与角度，对准伸出焊丝的监测区域；步骤三：将螺旋线圈固定在焊接位置正上方并预留焊接距离，调整钢丝棍刷的位置，控制导轨平台移动进行预行走，若预行走操作无误，则打开出光、出弧设置；步骤四：移动导轨平台进行焊接，首先进行单激光的打底焊，保证钝边的双面成形；打开振镜系统进行激光电弧复合填充焊，高速相机实时监测被监测区域焊丝的偏转并计算焊丝末端的偏转量，根据焊丝偏转的方向以及大小，控制焊接位置的磁场极性以及强度大小，对电弧进行修正；经过数道激光电弧复合填充焊之后，进行激光电弧复合盖面焊，完成焊接操作。
[0015]综上所述，与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：（1）本专利技术通过在焊枪头内部设计旋转螺柱、平键滑块、导电嘴，实现导电嘴在焊枪头方向的可调节性，通过旋转螺柱的转动可调节导电嘴的伸长量，控制焊丝干伸长的长度维持在合适的范围内，提高了焊接的稳定性，避免了焊丝干伸长改变所带来的的焊接差异；同时导电嘴也提高了焊丝的准直度，避免了焊丝干伸长过长而引起的焊接缺陷，具有灵
活调节的优点。
[0016]（2）本专利技术通过高速相机对焊丝上部分的区域进行实时监测，通过调试不同规格的滤波片减小光致等离子体以及弧光对焊丝监测的干扰；通过导轨平台带动厚板移动，而激光头、焊枪头、高速相机与导轨平台位置相对固定，可以对整个焊接过程进行稳定、精确地监测；根据监测区域焊丝的偏转角度预测焊丝末端的偏转量，可监测焊接不同时刻焊丝的偏转情况。
[0017]（3）本专利技术通过将钢丝棍刷固定在激光头上，并通过夹持块内部的旋转电动机进行高速转动，对焊后焊缝表面的油污进行高效清洁，避免对后续焊接的影响；该结构解决了窄间隙焊后清洁复杂以及清洁不彻底的问题，并根据激光聚焦的特性与激光头随焊道的增高而同步上升。
[0018]（4）本专利技术的一种厚板窄间隙激光电弧复合焊防电弧偏吹的装置，装置设计简单灵巧、可调节性强，各调节系统相辅相成，能够从多角度提高电弧能量在窄间隙的合理分布，提高厚板的焊接质量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例的主体结构示意图；图3为本专利技术实施例的主视图；图4为本专利技术实施例的左视图；图5为本专利技术高速相机监测焊丝偏转的结构示意图；图6为本专利技术夹持架与螺旋线圈的结构示意图；图7为本专利技术的焊枪头的剖视图；图8为本专利技术钢丝棍刷的结构示意图；图9为图8中A的局部放大图。
[0020]附图标记说明：1、厚板；2、高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，其特征在于，包括：导轨平台(18)以及设置于所述导轨平台(18)上的焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构以及清理机构；所述导轨平台(18)用于带动厚板(1)沿焊接方向移动；所述焊接机构包括焊枪头(3)以及设置于所述焊枪头(3)一端的导电嘴(4)，所述导电嘴(4)沿所述焊枪头(3)的长度方向伸缩，所述导电嘴(4)用于引导焊丝(7)；所述激光发射机构包括激光头(10)以及激光束(11)，所述激光束(11)经过激光头(10)照射于厚板(1)的焊接位置；所述磁场调节机构包括夹持架(8)、圆柱铁芯(17)以及螺旋线圈(9)，所述夹持架(8)用于安装所述圆柱铁芯(17)，所述螺旋线圈(9)套设于圆柱铁芯(17)外，所述螺旋线圈(9)与磁场控制系统连接，用于调节焊接位置的磁场强度与极性；所述清理机构包括夹持块(12)、旋转杆(13)以及钢丝棍刷(14)，所述夹持块(12)用于支撑旋转杆(13)，所述旋转杆(13)与夹持块(12)转动连接，所述钢丝棍刷(14)安装于旋转杆(13)的底部。2.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，其特征在于：所述导轨平台(18)上设有高速相机(2)，所述高速相机(2)的摄像头正对焊接方向设置，用于实时监测所述焊接机构的焊接位置；所述导轨平台(18)上设有分别与高速相机(2)、焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构相连接的监测系统，所述监测系统响应于高速相机(2)的监测信号而控制焊接机构、激光发射机构、磁场调节机构运作。3.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，其特征在于：所述焊枪头(3)内部设有滑块通道、旋转螺柱(6)以及平键滑块(5)，所述滑块通道为圆头平键形状，所述旋转螺柱(6)位于滑块通道且与所述平键滑块(5)螺纹连接，所述平键滑块(5)用于与所述导电嘴(4)并在旋转螺柱(6)的驱动下带动导电嘴(4)移动。4.根据权利要求1所述的一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置，其特征在于：所述夹持架(8)通过夹持组...
【专利技术属性】
技术研发人员：于涛，檀卓鸣，张召，高培鑫，秦旭东，檀财旺，刘福运，周晓辉，周明琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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