激光－双丝脉冲电弧复合焊接系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统，包括第一焊枪、第二焊枪、激光源、第一焊机、第二焊机、脉冲协调控制器，其中脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两者的相位差为70°-120°；同时调整第一焊枪、第二焊枪和激光源的相对位置，便可以克服现有技术中的不足，提供一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统，既能集中双丝脉冲焊接和激光电弧焊接各自的优点，有效充分利用系统的能量，提高焊接熔敷效率和焊接速度，又能够获得良好的焊接质量。

Laser double wire pulsed arc hybrid welding system

The invention discloses a laser double wire pulsed arc welding system, including the first gun, second gun, laser source, welding machine, welding machine, the first second pulse controller, the pulse controller for coordinated signal control, the first and second output of the welder welder, so that the phase difference of 70 DEG -120 DEG the relative position; adjust the first gun, the second gun and a laser source at the same time, it can overcome the shortcomings in the prior art, the invention provides a laser double wire pulsed arc welding system, which can focus on the double wire pulse laser welding and arc welding advantages, full use of the energy of the system, improve the weld efficiency and the welding speed, and can obtain good welding quality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接系统，更具体地说，涉及一种激光-双丝脉冲电弧复合焊接 系统。
技术介绍
激光作为一种特殊的热源，同传统的焊接热源相比，具有自身独到的特点。经过聚 焦，激光束可达到极高的功率密度，可以熔化甚至汽化高熔点的金属，因此可用于特殊材料 的精密焊接。由于激光束能量集中，焊接过程中输入的线能量小，因此热变形和焊接热影响 区就很小，从而可以适当提高焊接速度，生产效率得到大大提高。20世纪70年代英国帝国 大学的W. M. Steen首次采用电弧焊辅助激光进行焊接，提出了激光_电弧复合焊接技术的 概念。其主要思想是将激光和电弧这两种性质完全不同的热源叠加在一起，形成了一种全 新的热源，同时作用在焊接部位进行焊接。目前，激光复合焊接工艺的大多是关于激光与单 电源复合，研究基本集中在激光与不同性质热源的配合研究，如激光-TIG、激光-等离子热 源、激光-MIG等。双丝(双弧)焊是多丝多弧焊接工艺的基础。在国内外已经开展了广泛的研究。 早在1948年，为了提高生产效率，就有人开始研究双丝埋弧焊技术，并且该项技术很快为 人们所接受，并出现了多种双丝埋弧焊方法，如纵列式、横列双丝串联式、横列双丝并联式 等，近十年，双丝(多丝)气保焊技术更是得到了迅速的发展。由于激光复合焊接本身具有熔深深、成形好、同时焊缝组织性能优异等优点，双丝 焊接在高效、高速焊接方面亦具有相当优势，但是，它们也都具有自身的局限性双丝焊最 常用的是串列双丝焊的形式，但是这种方法虽然提高了焊接的熔敷率和焊接速度，但是并 没能起到加大熔深的作用；激光电弧复合焊接时，两者的焊接速度存在不匹配的情况，同时 如何控制两电弧之间作用力的大小，这都将严重影响激光电弧复合热源焊接的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述的现有技术中的不足，提供一种激光-双丝脉冲电弧 复合焊接系统，既能集中双丝脉冲焊接和激光电弧焊接各自的优点，有效充分利用系统的 能量，提高焊接熔敷效率和焊接速度，又能够获得良好的焊接质量。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现—种激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统，包括第一焊枪、第二焊枪、激光源、第一 焊机、第二焊机、脉冲协调控制器，其中第一焊机，用于向第一焊枪输出电信号；第二焊机，用于向第二焊枪输出电信号；激光器，用于产生激光；脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两者的相 位差为70° -120° ；第一焊枪、第二焊枪和激光束在ZOX平面、ZOY平面和YOX平面的投影位置关系如 下(1)在YOX平面内，沿焊接方向，第一焊枪、第二焊枪和激光束在被焊工件上的作 用点呈一条直线分布(2)在ZOX平面内，第一焊枪(即焊枪1)与Z方向的夹角α范围为15° 30°， 第二焊枪(即焊枪2)与Z方向的夹角β范围为15° 45° ；第一焊枪在被焊工件上的作 用点与激光束中心线的距离Rl为0 2mm，第二焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心 线的距离R2为1 4mm。上述参数优选如下1.所述脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两 者的相位差优选为70° -100°，更加优选80° -90°。2.在ZOX平面内，第一焊枪(即焊枪1)与Z方向的夹角α范围为20° 30°， 第二焊枪(即焊枪2)与Z方向的夹角β范围为20° 35° ；第一焊枪在被焊工件上的作 用点与激光束中心线的距离Rl为1 2mm，第二焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心 线的距离R2为2 4mm。本专利技术的焊接系统中使用的脉冲控制器，可以配合一台脉冲焊机与一台普通焊机 组成的双丝焊系统，该控制器通过检测脉冲焊接所输出的脉冲电流的相关参数，对普通焊 接输出相应的脉冲控制信号，是普通的直流焊接输出与脉冲焊机匹配的脉冲电流信号，双 丝焊系统的脉冲信号相互匹配，两电弧之间的作用力也可以被控制，这样就可以实现稳定 的双电弧焊接过程；也可用于两台普通直流焊接组成的双丝焊接系统，该控制器可以通过 键盘与数码管等人机交互设备实现参数设定，根据所设参数输出脉冲电流，好的设定参数 也可以实现两电弧的作用力最小。本专利技术的复合焊接系统的一个技术核心在于两电弧与激光热源的复合形式，即两 把焊枪和激光三者之间的相对位置关系，通过控制三者之间的距离和角度，来调整焊接过 程，通过最优的距离和角度控制，实现稳定的焊接过程，由于使用3个热源的复合大大提高 了焊接效率，加大了焊接熔深和熔宽，改善焊缝成形。本专利技术的复合焊接系统的另一个技术核心在于激光与两个电弧进行复合，激光位 于两电弧的中间，并通过脉冲控制双丝电弧之间的相互作用，以达到很好的复合效果。与双 丝脉冲MIG焊相比，电弧挺度增强、亮度增强，电弧熔化焊丝的能力增强，熔滴的过渡形式 出现的一脉多滴的情况。这主要是因为激光和电弧的相互作用使电弧吸收部分激光能量后 自身能量提高，双电弧的作用对激光能量的吸收作用比单电弧更加增强，避免较多的能量 因等离子体的吸收而得不到利用。根据试验结果可知，平板堆焊的结果，可以使熔深增加 20 % 80 %，熔宽增加8 % 15 %，余高增加10 % 20 %，同时激光的加入使双丝焊的适应 性增强了，即激光的加入使双丝焊的焊接参数范围变宽了。附图说明图1是本专利技术的激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统的立体示意图，其中电焊机1 是第一焊机、电焊机2是第二焊机、焊丝1是电焊机1送出的焊丝、焊丝2是电焊机2送出 的焊丝。图2是本专利技术的激光-双丝脉冲电弧复合焊接系统的三视图，即激光-双丝脉冲 电弧复合焊接系统沿图1中所示的Y轴方向在ZOX平面的投影视图、沿图1中所示的X轴 方向在ZOY平面的投影视图、沿图1中所示的Z轴方向在XOY平面的投影视图。图3是相位差为90°的两台焊机的电信号输出波形图。图4是脉冲控制器原理图。图5是CD4066的结构框图。图6是键盘及其接口框图。图7是数码管及其连接方式的框图。图8是89S52型单片机及其外围接口电路图。图9是AD转换器及其连接图。图10是信号滤波电路图。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。选择使用一台英国GSI公司生产的最大额定功率为2KW型号为JK2003SM的 Nd :YAG激光器提供激光光源、一台林肯INVERTEC V300-I焊机、一台林肯INVERTEC V350-PR0焊机、两台S-86A型半自动送丝机、加持和调整焊枪角度和位置的夹具、一个用于 摆放工件的直线工作台，此外还包括气瓶、气阀、遥控盒等焊接辅助设备。林肯INVERTEC V300-I焊机可以采用单相或者是三相电源输入，能够提供恒压和 恒流输出，可用于熔化极气体保护焊，手工电弧焊，非熔化极气体保护焊，药芯焊丝等焊接 过程。其电流输出范围在50A 300A之间，电压输出在13V 42V之间。用于远程控制和 送丝装置的14芯插座，能满足对试验灵活控制的要求。此外林肯V300焊机可以接入外接 控制装置，在本系统中可以接入脉冲协调控制器。林肯NVERTEC V350-PR0焊机提供恒压 恒流直流等多种输出方式，其额定输出为电流350A，电压34V，60%的负载持续率，能进行 手工焊接、直流TIG焊接、MIG焊接、脉冲MIG焊接、药芯焊丝焊接和碳弧气刨。输出电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光－双丝脉冲电弧复合焊接系统，包括第一焊枪、第二焊枪、激光源、第一焊机、第二焊机、脉冲协调控制器，其中：第一焊机，用于向第一焊枪输出电信号；第二焊机，用于向第二焊枪输出电信号；激光器，用于产生激光；其特征在于，所述脉冲协调控制器，用于协调控制第一焊机和第二焊机输出的电信号，使两者的相位差为７０°－１２０°；第一焊枪、第二焊枪和激光束在ＺＯＸ平面、ＺＯＹ平面和ＹＯＸ平面的投影位置关系如下：（１）在ＹＯＸ平面内，沿焊接方向，第一焊枪、第二焊枪和激光束在被焊工件上的作用点呈一条直线分布（２）在ＺＯＸ平面内，第一焊枪与Ｚ方向的夹角α范围为１５°～３０°，第二焊枪与Ｚ方向的夹角β范围为１５°～４５°；第一焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离Ｒ１为０～２ｍｍ，第二焊枪在被焊工件上的作用点与激光束中心线的距离Ｒ２为１～４ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李桓，顾小燕，丁雪萍，刘德深，王绿原，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12