一种激光扫描焊接列管式换热器的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光扫描焊接列管式换热器的方法及装置，采用激光束偏转扫描方式，在计算机程序控制下，按照列管式换热器的列管参数，对激光参数、动态聚焦扫描控制参数等数据设置，完成换热器部件的焊接加工。实现上述方法的装置，包括高功率激光器、准直扩束镜、带水冷的光阑、动态聚焦系统、ＸＹ光束定位扫描装置、ＣＣＤ照相系统、Ｚ轴可升降工作台和计算机控制系统，本发明专利技术优点是用动态聚焦激光束扫描焊接方法，待焊接的工件固定，在计算机程序控制下，仅仅是聚焦激光束在设定的三维加工空间内，以聚焦光束扫描的方式沿焊缝轨迹进行非接触式焊接。克服列管式热交换器制造的困难，实现不锈钢超薄壁列管微型热交换器精密制造。

A method and a device for laser welding of tubular heat exchanger

The invention discloses a method and a device for laser welding of tubular heat exchanger, using laser beam deflection scanning mode, under the control of a computer program, in accordance with the tube type heat exchanger tube, set the parameters of the laser scanning control, dynamic focusing parameters and other data, complete the welding heat exchanger components. A device for implementing the method, including high power laser, collimation lens, aperture, with water cooling system, XY dynamic focusing beam positioning scanner, CCD camera system, Z shaft lifting workbench and a computer control system, the invention has the advantages of dynamic focusing laser beam welding method, welding workpiece to be fixed and under the control of a computer program, merely focusing laser beam in 3D machining space within the set, the focused beam scanning way along the weld trajectory for non-contact welding. To overcome the difficulty of producing heat exchanger tube heat exchanger, realize micro precision manufacturing stainless steel thin wall.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光扫描焊接列管式换热器的方法及装置，属于激光加工

技术介绍
换热器也称之为热交换器，换热器按其传热面的形状和结构可分为管型、板型和其 他型式。现代社会发展，对能源的需求越来越多，热能是能源的主要表达形式之 -，石 化资源在造成了人类生存环境的极大污染的同时也在加速不可再生资源枯竭。在热能利用中，约有80%通过换热器转化为不同用途。如果能提高换热器的传热效率，将大大提 高能源利用率。列管式换热器是一种传统的标准换热设备和通用产品广泛应用于医药、 食品、化工等行业流体的加热和冷却，换热器通常也是一种压力容器，对燥接质量的要 求很高。随着换热器应用与推广，国际节能环保理念和先进制造技术的发展，换热器材 料也日新月异，如使用不锈钢、镍铜合金等可再生材料。各类换热器生产中，焊接技术 是必不可少的。现有换热器产品焊接通常还是采用手工焊接或半自动的氩弧焊为主，由 于材料选择、焊接工艺存在的质量问题，容易造成换热器局部脱'厚或出现换热器涨破、 焊缝锈蚀等现象，包括现有焊接过程存在的劳动强度高、污染严重等明显缺陷。为了克 服上述缺陷，采用激光焊接，激光焊接利用激光束与物质相互作用的特性，在高能量的 聚焦激光束作用下材料吸收温度上升并熔融在材料的界面(包括金属与非金属)进行燥 接加工。激光焊接在汽车、电子产品、医疗器械、环保节能和能源产业等领域广泛应用， 改进或取代某些传统焊接方法。而传统的激光焊接通常为光束固定，工件在工作平台上沿焊缝轨迹位移，激光束聚 焦在工件表面进行焊接，依靠工作平台运动来完成焊接，因此设备庞大，成本高，生产 效率低，而且不能和现有的生产流水线相组合。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有列管式换热器制造和传统的激光煶接中存在的缺点，提供一种激光扫描焊接列管式换热器的方法，特点是方法步骤为定位孔板孔径、孔间距和孔型参数，制作计算机 控制加工文件；2. 开机设定激光参数激光功率、激光脉冲波形、脉冲宽度与重复频率；光束动态聚 焦、束定位扫描参数的设定；3. 放置工件和定位对准由CCD照相系统对焊接工件定位导向夹具进行定位套准，采 集坐标位置数据，由于计算机内已装载存入了扫描焊接的加工路径轨迹即焊缝轨迹 的图像坐标位置数据，该图像坐标位置数据文件是驱动控制XY扫描器二维扫描轨迹的依据，计算机自动把CCD照相系统采集的焊缝轨迹坐标位置数据与已存的坐标位置数据两者进行比较判读，自动计算和变更坐标数据的，按照工件上实际焊接所需的焊缝轨迹轮廓来刷新XY扫描器的驱动控制程序，确保扫描焊接的定位精度；4. 设置、开启焊接保护气体控制保护气体压力、流量，开始加工；5. 单根列管与定位孔板焊接完毕后，依次完成所有列管与圆孔阵列端板的接合处的圆周焊缝的扫描焊接，上端定位板圆孔与列管全部完成焊接后，重复上述步骤三，重新定位对准，再依次焊接下端定位板与列管；对列管焊缝和压力密封性能参数测定；6. 列管与上下端板焊接完毕，再对筒体与上下端板焊接，进行焊缝表观质量、密封性 和焊接强度测定，合格组件进行化学清洗或电解抛光处理，包装。 一种实现激光扫描焊接列管式换热器的方法的装置，特点是，它包括高功率激光器、准直扩束镜、带水冷的光阑、动态聚焦系统、XY光束定位扫描装置、CCD照相系统、Z 轴可升降工作台和计算机控制系统；由高功率激光器发射出的激光束经准直扩束镜和用 于限制激光光束直径，激光束通过或阻断的带水冷的光阑至由音圈马达驱动的可移动扩 束镜、聚焦物镜组组成的动态聚焦系统，经动态聚焦系统后的激光束再经由X扫描镜片 和Y扫描镜片组成的XY光束定位扫描装置输出动态聚焦激光束，形成聚焦光斑扫描轨 迹，用于焊接装在Z轴可升降工作台上的列管式换热器，计算机控制系统分别和高功率 激光器、动态聚焦系统、XY光束定位扫描装置、CCD照相系统、Z轴可升降工作台相连 接。本专利技术的有益效果本专利技术优点在于所述激光焊接方式是基于本专利技术之特征用动态 聚焦激光束扫描焊接方法，待焊接的工件固定，在计算机程序控制下，仅仅是聚焦激光 束在设定的三维加工空间内，以聚焦光束扫描的方式沿淳缝轨迹进行非接触式焊接，本 专利技术进一步特征在于突破了现有产品(列管式热交换器)制造的困难，可以实现高密度紧凑结构的不锈钢超薄壁列管微型热交换器精密制造，使传统的列管式热交换器在热交 换面积和热传导效率大幅提高。本专利技术用于制造此类高效换热器系列在生物医药、精细 化工、食品、精密仪器等方面具有广泛应用价值 附图说明图1为一种激光扫描焊接列管式换热器的装置框图； 图2为动态聚焦系统原理图为；图3为一种激光扫描焊接列管式换热器的方法步骤流程图。 具体实施例方式一种激光扫描焊接列管式换热器的方法具体实施步骤如图3所示。 一种实现激光扫描焊接列管式换热器的方法的装置由图1所示，它包括高功率激 光器1、准直扩束镜2、带水冷的光阑3、动态聚焦系统4、 XY光束定位扫描装置5、 CCD 照相系统6、 Z轴可升降工作台7和计算机控制系统8;由高功率激光器发射出的激光 束经准直扩束镜2和用于限制激光光束直径，激光束通过或阻断的带水冷的光阑3至由 音圈马达驱动的可移动扩束镜、聚焦物镜组组成的动态聚焦系统，如图2所示，经动态 聚焦系统4后的激光束再经由X扫描镜片和Y扫描镜片组成的XY光束定位扫描装置输 出动态聚焦激光束，形成聚焦光斑扫描轨迹，用于焊接，计算机控制系统8分别和高功 率激光器l、动态聚焦系统4、 XY光束定位扫描装置5、 CCD照相系统6、 Z轴可升降工 作台7相连接。由图2所示，所述的动态聚焦系统由扩束镜、聚焦镜组、直线位移马达组成，直线 位移马达和扩束镜连接，改变扩束镜IO和聚焦镜组12之间的距离，以实现动态改变焦 距。本专利技术所用的直线马达由线圈13和磁钢9组成，线圈13置于扩束镜10的镜筒11 外侧，线圈13外套有磁钢9，所述的线圈13和可改变极性及电流大小的驱动电源相连 接，扩束镜随着电流极性和电流大小以不同的速度往复移动动态改变焦距。所述的扩束 镜的镜筒上置有一位移传感器14以实现扩束镜焦距位置反馈。本专利技术高功率激光器可用千瓦级功率激光器，具体用二氧化碳激光器，其波长为 10.6微米，为达到扫描焊接所需的高能量激光功率密度106W/c^，选择光束质量好 的焊接用激光光源可确保焊接质量和焊缝精细。高功率激光器亦可用高功率光纤激光器。采用光束偏转扫描光学系统来控制激光束沿焊接轮廓线坐标位置进行焊接加工。 XY光束定位扫描装置中扫描光学系统的低惯量扫描电机和反射镜相应速度快 300m/min，聚焦光点高定位精度可达0.05mm。扫描电机同时具有高加速度，针对不同 规格激光器千瓦级功率输出波长选用不同反射镜片，对于一定光束质量的二氧化碳激光 扫描加工范围为^ 50 x 50 mm2)，焦距f》250隱，同样可以设计加工范围 1000腿*1000,的大范围加工，随着加工像场范围的扩大，动态聚焦系统的性能更加突出重要，专用悍接软件控制高功率扫描振镜偏转定位和激光参数。 实施例1高功率激光器采用千瓦级二氧化碳激光器，激光波长为10.6pm，可以选用光束质 量较好的工业级二氧化碳激光器，如RofinDC350高功率二氧化碳激光器。动态聚焦光 学系统所用的扩束镜片、聚焦镜片均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光扫描焊接列管式换热器的方法，特征在于，方法步骤为：　１）设置焊接轨迹的加工路径：按列管定位孔板孔径、孔间距和孔型参数，制作计算机控制加工文件；　２）开机设定激光参数：激光功率、激光脉冲波形、脉冲宽度与重复频率；光束动态聚 焦、光束定位扫描参数的设定；　３）放置工件和定位对准：由ＣＣＤ照相系统对焊接工件定位导向夹具进行定位套准，采集坐标位置数据，由于计算机内已装载存入了扫描焊接的加工路径轨迹即焊缝轨迹的图像坐标位置数据，该图像坐标位置数据文件是驱动控制Ｘ Ｙ扫描器二维扫描轨迹的依据，计算机自动把ＣＣＤ照相系统采集的焊缝轨迹坐标位置数据与已存的坐标位置数据两者进行比较判读，自动计算和变更坐标数据，按照工件上实际焊接所需的焊缝轨迹轮廓来刷新ＸＹ扫描器的驱动控制程序，确保扫描焊接的定位精度；　 　４）设置、开启焊接保护气体控制保护气体压力、流量，开始加工；　５）单根列管与定位孔板焊接完毕后，依次完成所有列管与圆孔阵列端板的接合处的圆周焊缝的扫描焊接，上端定位板圆孔与列管全部完成焊接后，重复上述步骤三，重新定位对准，再依次焊接 下端定位板与列管，和压力密封性能参数测定；　６）列管与上下端板焊接完毕，再对筒体与上下端板焊接，进行焊缝表观质量、密封性和焊接强度测定，合格组件进行化学清洗或电解抛光处理，包装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王又良，沈可余，张伟，王健超，姜兆华，潘涌，沈冠群，
申请(专利权)人：上海市激光技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]