本发明专利技术涉及焊接领域，特指一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，其适用于金属焊接及焊缝强化。本发明专利技术包括参数输入系统、激光与焊接参数匹配数据库系统、机器运动控制系统、焊接参数控制系统、激光参数控制系统、焊接装置、机械运动装置、激光跟踪焊接伺服系统、激光焊接综合控制系统和工作台十部分组成。本发明专利技术对焊件边焊边冲，通过激光与焊接参数匹配数据库选择匹配参数，由控制系统控制工艺参数，根据激光冲击的时差和焊接与激光冲击的相对位置同时完成对焊件的焊接和激光冲击强化。本发明专利技术能实现焊接与激光冲击强化同时进行，且能够调节激光冲击和焊接的时序以及位置，因此可以满足各种不同工艺参数条件下的激光跟踪焊接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接领域，特指一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，能够同时实现焊接和对焊缝的激光冲击强化，而且工艺参数可调控制，特别适合于高质量焊缝的自动化焊接和强化。
技术介绍
对于厚板焊接结构，无论是热裂纹、残余应力引起的裂纹萌生和扩展、应力腐蚀开裂，还是疲劳损伤，究其原因还是因为拉应力(主要体现为焊接残余拉应力)的存在，因此减小或消除焊接接头残余拉应力的方法均可以提高焊接结构的抗裂性能。目前，提高焊接接头疲劳强度和抗裂性能的方法大致分为后续热处理和表面强化。大型分段焊后续热处理需要大型热处理设备，实施困难。表面强化方法多样，主要有TIG (Tungsten Inert Gas)熔修、砂轮打磨、局部机械加工法、锤击、喷丸、预过载、局部加热、局部压延、爆炸法。以上方法主要是通过改善焊缝的几何外形(如增加焊趾处过渡半径)来降低焊趾部位的应力集中程度；或者通过调节焊接接头表面应力场，降低焊趾部位的残余拉伸应力产生压缩应力。但是这些方法都具有各自的工艺适用范围和限制，TIG熔修、锤击、机加工等因劳动强度大、有副作用、效果不稳定，TIG熔修主要适合平焊位，对于立焊位的补焊及熔修都较困难，难以保证其焊缝质量和焊缝形状；相变应力法还存在焊缝金属韧性和经济性问题。另一方面，激光冲击及应用技术的发展，为焊接结构抗开裂提供了手段，激光强化技术是利用高功率短脉冲激光辐照材料表面的能量转换体，能量转换体表层爆炸性气化形成高温高压的等离子体，等离子体急剧膨胀爆炸产生冲击波作用与材料表层，实现材料改性，从而提高材料的硬度、抗疲劳和耐磨性能。目前厚板焊接和强化都是分两个工艺实现，焊件焊接完成后，再对焊接件进行激光冲击强化，不仅工作量繁琐，效率低下，还会带来重新定位误差和焊缝质量的改变。
技术实现思路
本专利技术在于克服现有技术的不足，针对厚板焊接精度和性能要求，结合激光冲击的优点，提出一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，利用冲击焊接装置的焊接头完成对焊件焊接的同时，激光头能自动跟踪焊缝进行激光冲击强化，提高效率的同时也保证了焊缝的质量，能够同时满足自动化要求高、高质量焊接以及焊后强化的焊接需求。本专利技术采用的技术方案本专利技术是通过以下技术方案来实现的，所涉及的系统包括其包括冲击焊接装置、机械运动系统和系统控制；冲击焊接装置主要包括焊接头、激光头、焊接头和激光头的固定装置、控制总线、智能位移传感器、丝杠、导轨；机械运动系统包括冲击焊接跟随装置、冲击焊接装置的带动装置、工作台、导轨、丝杠、位移传感器；系统控制包括总控制系统、参数选择和输入系统、激光与焊接参数匹配数据系统、激光参数控制系统、焊接参数控制系统、机械运动控制系统以及激光跟踪焊接伺服系统。在进行同步激光冲击焊接时，首先通过系统控制中的参数选择和输入系统，确定合适的焊接参数和激光参数，再由机械运动系统中的冲击焊接跟随装置和系统控制中的激光跟踪焊接伺服系统确定焊接头与激光头之间的位置及时序，系统控制在控制焊接的同时激光头也同时对焊缝进行冲击强化，在工作过程中，激光头通过冲击焊接跟随装置紧跟焊接头，同时智能位移传感器时刻检测位置的变化经比较放大器进行调节，由激光跟踪焊接伺服系统进行闭环控制，实现自适性激光冲击焊接装置对焊件边焊边强化的加工方法。所述的一种自适性激光冲击焊接的方法，可以过激光与焊接参数匹配系统和参数选择和输入系统，来满足不同焊接材料、不同工艺和不同的焊缝质量要求。当焊接工艺发生变化，例如焊口发生变化，为了满足焊接要求，只需要先调节焊接参数，通过激光与焊接参数匹配系统选择合适的激光参数，也可以通过手动输入方式确定激光参数，参数确定以后由智能位移传感器将焊接头与激光头的之间的距离传给激光与焊接参数匹配系统，再由总控制系统结合激光与焊接工艺参数，选择合适的焊接与激光冲击的时差以及焊接与激光冲击的相对位置，在各参数匹配完成以后，由机械运动系统和激光跟踪焊接伺服系统完成整个加工过程。针对不同的焊接材料要求的焊接参数和激光强化参数也不一样，可以根据该焊接材料的实验数据，来调节焊接参数和激光强化参数，通过参数修改完成对不同材料的焊接及激光冲击强化。所述的一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，其冲击焊接跟随装置能够保证激光头和焊接头的行进轨迹相同，且激光头和焊接头之间的距离保持一致，其中激光头和焊接头之间的距离由智能位移传感器和比较放大器来实现监控和保持。所述的一种自适性激光冲击焊接的方法，针对特定的焊接材料和焊接工艺参数，焊接移动速度V是确定的，通过调节激光头和焊接头之间的距离d来实现激光冲击和焊接时间间隔At的可控的性和时序的变化，具体表现为At = d/v。所述的一种自适性激光冲击焊接的方法，其冲击焊接参数匹配系统是可扩展和可变的，可以通过修改添加的方法对激光和焊接参数匹配系统进行丰富，从而满足新形势下的出现的不断出变化的焊接材料和焊接工艺使其适合新环境下的要求。因为焊接和激光同时进行是建立在冲击焊接数据库的软件基础和自适性激光冲击焊接装置的硬件基础之上，而且冲击焊接数据库和自适性激光冲击焊接装置都是柔性系统，可以根据需要进行一个调节，所以本专利技术可以根据焊接材料的不同和焊接工艺要求不同选取合适的参数进行加工。实施该方法的主要有冲击焊接装置、机械运动部分和系统控制部分。冲击焊接装置主要包括焊接头、激光头、焊接头和激光头的固定装置、控制总线、智能位移传感器、丝杠、导轨；机械运动部分依次包括冲击焊接跟随装置、冲击焊接装置的带动装置、工作台、导轨、丝杠、位移传感器。电机转动通过丝杠带动冲击焊接跟随装置运动实现激光头对激光头的跟踪，同时智能位移传感器将信息反馈到控制系统与原有的信号进行比较放大形成一个闭环回路。系统控制部分包括总控制系统、参数选择和输入系统、激光与焊接参数匹配数据系统、激光参数控制系统、焊接参数控制系统、机械运动控制系统以及激光跟踪焊接伺服系统。在进行了参数选择和输入以后，通过激光与焊接参数匹配数据系统与激光跟踪焊接伺服系统将最后的数据参数传送给总控制系统，再由总控制系统对激光参数控制系统、焊接参数控制系统和机械运动控制系统进行运动控制，同时激光跟踪焊接伺服系统对冲击焊接跟随装置完成一个实时监控。形成一个自动化带反馈回路的控制系统。本专利技术提出的一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，是以焊接和激光冲击焊缝同时进行为目地，由激光跟踪焊接系统与装置来实现激光头跟踪焊接头的实时控制。再有激光参数与焊接参数匹配系统进行一个参数选择，结合激光跟踪焊接伺服系统距离反馈信息来确定冲击焊接装置的焊接头与激光头之间的距离以及焊接和激光冲击强化的时序，通过总的控制系统去控制冲击焊接跟随装置的运动，以及激光参数控制器和焊接参数控制器的动作。由于冲击焊接跟随装置的调节是建立在伺服控制系统的基础上，故该装置具有定位精确、实时性好、自动化程度高的特点。另外在适用范围方面由于该装置是建立在激光与焊接综合控制系统基础之上，该系统含有激光与焊接参数匹配数据库系统、焊接参数控制系统、激光参数控制系统，能够实现不同焊接工艺参数的焊接及强化要求。具有适用范围广、活性好、高效率、高质量的特点。适合与大批量好质量焊接的需求。本专利技术具有如下技术优势(I)由于采用激光冲击作为焊接强化的方式具有高压、冲击范围小和加载时间可控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，其包括冲击焊接装置、机械运动系统和系统控制；冲击焊接装置主要包括焊接头、激光头、焊接头和激光头的固定装置、控制总线、智能位移传感器、丝杠、导轨；机械运动系统包括冲击焊接跟随装置、冲击焊接装置的带动装置、工作台、导轨、丝杠、位移传感器；系统控制包括总控制系统、参数选择和输入系统、激光与焊接参数匹配数据系统、激光参数控制系统、焊接参数控制系统、机械运动控制系统以及激光跟踪焊接伺服系统；其特征在于通过激光与焊接参数匹配数据系统确定合适的焊接参数和激光参数以后，再由冲击焊接跟随装置和激光跟踪焊接伺服系统确定焊接头与激光头之间的位置及时序，系统控制在控制焊接头焊接的同时激光头也同时冲击强化，在工作过程中，激光头通过冲击焊接跟随装置紧跟焊接头，同时激光跟踪焊接伺服系统时刻检测焊接头和激光头位置的变化经比较放大电路进行调节，实现闭环控制。
【技术特征摘要】
1.一种自适性激光冲击焊接的方法和装置，其包括冲击焊接装置、机械运动系统和系统控制；冲击焊接装置主要包括焊接头、激光头、焊接头和激光头的固定装置、控制总线、智能位移传感器、丝杠、导轨；机械运动系统包括冲击焊接跟随装置、冲击焊接装置的带动装置、工作台、导轨、丝杠、位移传感器；系统控制包括总控制系统、参数选择和输入系统、激光与焊接参数匹配数据系统、激光参数控制系统、焊接参数控制系统、机械运动控制系统以及激光跟踪焊接伺服系统；其特征在于通过激光与焊接参数匹配数据系统确定合适的焊接参数和激光参数以后，再由冲击焊接跟随装置和激光跟踪焊接伺服系统确定焊接头与激光头之间的位置及时序，系统控制在控制焊接头焊接的同时激光头也同时冲击强化，在工作过程中，激光头通过冲击焊接跟随装置紧跟焊接头，同时激光跟踪焊接伺服系统时刻检测焊接头和激光头位置的变化经比较放大电路进行调节，实现闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种自适性激光冲击焊接的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王匀，殷苏民，张超，许桢英，江文林，孙全平，蒋素琴，陆广华，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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