卷板在线激光焊接设备制造技术

本实用新型专利技术是卷板在线激光焊接设备，其包括剪切和激光焊接装置。剪切装置装在基础工作平台（１３）上，其包括双刃剪床、工件夹具、有轨送料小车（８）及其驱动机构；双刃剪床完成冲切工件（１６）后，上剪床（１０）直接沉入下剪床（１１）且其刀背顶部与下剪床顶面保持平行，上剪床的刀背中间开有小槽。激光焊接装置装在横跨基础工作平台的龙门床身（１）上，其包括导光系统（３）、激光头（４）、Ｘ轴部件（１８）和Ｙ轴部件（１９）；Ｘ轴部件由伺服电机（５）、丝杠（１４）、直线导轨（７）组成，驱动Ｙ轴部件横向移动进行焊接；在激光头上并列装有送粉器（２０）。本实用新型专利技术结构紧凑、成本较低，适合冶金行业中小企业的卷板在线焊接生产。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光焊接加工
，特别涉及冶金行业中利用激光进行卷板在线焊接的设备。
技术介绍
在冶金工业中，热(冷)轧卷板的拼焊联接机组是连续冷轧生产、酸洗和涂层生产线中的关键技术装备。目前我国绝大多数连续冷轧、酸洗和涂层生产线所采用的是闪光焊机等传统焊接方式。生产实践表明闪光焊机焊缝不能正常通过轧机，致使焊缝通过轧机必需抬辊造成超差长度过长，成材率大大降低；闪光焊缝通过轧机时断带次数多，一般断带率高于2.5％，所造成的冷轧机组的停机时间占整个生产周期高达5～10％，显著降低了生产效率。采用激光进行卷板焊接焊缝断带率一般都低于1/5000，极大提高了冷轧生产线的生产效率和冷轧钢板成材率。激光焊接是采用高能密度激光束使金属材料熔融并连接，具有焊缝狭小、无变形、接头性好并且易于实现自动化。由于激光焊接激光聚焦点很小，焊接又属于自熔焊，因此要求待焊接的板边具有极高的直线度和端面质量，从而确保连接板之间的间隙极小，保证焊接后焊缝饱满连接强度达到与母材相当。为了保证接头质量，目前国际上通常采用高精剪预加工，采用高精双刃剪将钢卷的头尾同时剪切达到激光焊接的要求，但由于高精双刃剪技术复杂设备价格昂贵，国内大部分中小冶金企业无法承受。也有采用普通剪床剪切板边，在焊接过程中用压力滚轮压填对缝间隙，但也存在设备复价格昂贵的问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种卷板在线激光焊接设备，该设备结构合理，且价格较低，特别适合中窄带冷轧、酸洗和涂层生产线中的卷板焊接。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括剪切和激光焊接装置。剪切装置装在基础工作平台上，其包括双刃剪床、工件夹具、有轨送料小车及其驱动机构；双刃剪床完成冲切工件后，上剪床直接沉入下剪床且其刀背顶部与下剪床顶面保持平行，上剪床的刀背中间开有小槽。激光焊接装置装在横跨基础工作平台的龙门床身上，其包括导光系统、激光头、X轴部件和Y轴部件；X轴部件由伺服电机、丝杠、直线导轨组成，驱动Y轴部件横向移动进行焊接；导光系统装在Y轴部件上；激光头由电缆连接导光系统；在激光头上并列安装有送粉器。本技术与现有技术相比，具有的主要优点是由于本设备采用普通双刃剪取代高精剪，利用其双刃剪直接下沉并利用其刀背作为焊接底座，因此，在剪切后不需要整体移出焊接区域，使本设备整体结构简单、合理。同时在激光头上并列安装有送粉器，其在焊接时沿着由被冲切的工件的拼缝与所述刀背中间的小槽一起形成的焊槽同步送粉，因此对剪切质量的要求大大降低，故可用普通双刃剪代替高精度双刃剪，降低了成本。此外，因激光头设有一个由高速电机带动旋转的加装在聚焦镜下的且倾斜角度为10～18°的平镜片，其激光束轨迹为螺旋形，增大了焊接熔化宽度，可以降低对拼缝的装配要求，从而使本设备能够对被冲切的工件进行偏心回旋光束激光焊接利用其生产的钢带可达到与高精剪预加工焊接技术生产的钢带同等质量水平，而且设备结构紧凑，成本更低。附图说明图1为本技术加工设备整体示意图。图2为激光焊接头装置示意图。图3为双刃剪剪切钢带过程的示意图。图4为激光焊接拼接钢带过程的示意图。图5为偏心回旋光束轨道图。图6为偏心回旋光束焊接的效果比较图。图中1.龙门床身；2.送料压板机构；3.导光系统；4.激光头；5.伺服电机；6.对中机构；7.直线导轨；8.有轨送料小车；9.激光器；10.上剪床；11.下剪床；12.液压系统；13.基础工作平台；14.丝杠；15.控制系统；16.工件；17.平整压板；18.X轴部件；19.Y轴部件；20.送粉器；21.油缸；22.焊缝线；21光束聚焦光斑直径；24.有效加热直径。具体实施方式本技术提供的卷板在线激光焊接设备，包括剪切和激光焊接装置，具体是剪切装置装在基础工作平台13上，其包括双刃剪床、工件夹具、有轨送料小车8及其驱动机构；双刃剪床完成冲切工件16后，上剪床10直接沉入下剪床11且其刀背顶部与下剪床顶面保持平行，上剪床的刀背中间开有与焊缝方向一致的10～20mm小槽。激光焊接装置装在横跨基础工作平台的龙门床身1上，其包括导光系统3、激光头4、X轴部件18和Y轴部件19。X轴部件由伺服电机5、丝杠14、直线导轨7组成，驱动Y轴部件横向移动进行焊接。导光系统装在Y轴部件上。激光头由电缆连接导光系统。在激光头上并列安装有送粉器20，其在焊接时沿着由被冲切的工件16的拼缝与所述刀背中间的小槽一起形成的焊槽同步送粉。激光头4设有一个由高速电机带动旋转的平镜片，该镜片倾斜角度为14～16°，加装在聚焦镜下；平镜片为KCl镜片，其尺寸为厚5～8mm、直径30～80mm。用这种方法可在不影响焦斑尺寸和形状的条件下使聚焦光斑偏离原中心0.4～0.8mm，当镜片转动时，激光焊接聚焦光斑便以0.4～0.8mm的半径作回旋运动。该半径可以按照p＝2πfr/v公式测定f为回转频率rev/s；r为回旋运动的半径，单位mm，v为焊件速度mm/s；p为运动时的轨道重叠参数。在厚2mm及4mm的低合金高强度钢板上进行的试验证明，光束作偏心回旋的效果在2mm厚的钢板上，能将拼缝间隙(容许装配间隙)从0.14mm增大到0.20mm；在4mm厚的钢板上，从0.23mm增大到0.3mm。焊缝凹陷高度不超过钢板厚度的15％。并使光束中心与焊缝中心的对准容许误差每边至少为0.5mm，而不回旋时则只有0.1～0.2mm。以下结合附图对本技术作进一步详细说明。本技术提供的卷板在线激光焊接设备，由激光器9、激光头4、导光系统3、辅助送料夹具、液压系统、主体机架、双刃剪床、控制系统、送粉器20、偏心回旋装置等部分组成。请见下述如图1所示导光系统3和激光头4安装在龙门床身1上，龙门床身1横跨焊接设备固定在地基上。主体机座为钢板焊接或铸铁结构，机架间通过螺栓联接成一整体机架，跨在设备地坑上并固定在地基上，承受整个设备重量及全部机械压力，作为整个设备的基础工作平台13。双刃剪床安装在主体机架中间，由双刃剪(包括上剪床10和下剪床11)、前后钢带平整压板组成。剪床前后两侧有辅助送料夹具装置，由活动小车8、对中机构6、料头夹送压板2组成，有轨送料小车8由固定在主体机架上的伺服电机5、丝杠14和直线导轨7驱动左右移动送料。工件16为待焊接的钢带卷板，在激光头4两侧有前后两个平整压板17安装在下剪床11上，作用是钢带卷板切割或焊接时压紧钢带，保证钢带平整。设备还包括激光器9、液压系统12、控制系统15。激光器9可以根据所焊接卷板的厚度选择1kW至10kW的高功率连续激光器，例如选择纵流CO2激光器、横流CO2激光器，或YAG激光器，等等。所述的辅助送料夹具在激光焊接头装置两侧均有，由有轨送料小车8、对中机构6组成。有轨送料小车装在主体机座上，由固定在主体机座上的伺服电机和滚珠丝杠副驱动；小车上设置送料压板机构2，由液压缸驱动向下垂直压紧钢带，对中机构6固定在主体机座上，由液压油缸21驱动进行对中。图2描述激光焊接头装置结构，其由龙门床身1、X轴部件18、Y轴部件19、激光头4构成。龙门床身上装有水平运动X轴和上下运动Y轴部件。X轴和Y轴部件均由伺服电机、滚珠丝杠、直线导轨组成。由伺服电机、滚珠丝杠副驱动X轴部件横向移动，驱动Y轴部件上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷板在线激光焊接设备，包括剪切和激光焊接装置，其特征在于：剪切装置装在基础工作平台（１３）上，其包括双刃剪床、工件夹具、有轨送料小车（８）及其驱动机构；双刃剪床完成冲切工件（１６）后，上剪床（１０）直接沉入下剪床（１１）且其刀背 顶部与下剪床顶面保持平行，上剪床的刀背中间开有小槽，激光焊接装置装在横跨基础工作平台的龙门床身（１）上，其包括导光系统（３）、激光头（４）、Ｘ轴部件（１８）和Ｙ轴部件（１９）；Ｘ轴部件由伺服电机（５）、丝杠（１４）、直线导轨（７）组 成，驱动Ｙ轴部件横向移动进行焊接；导光系统装在Ｙ轴部件上；激光头连接导光系统；在激光头上并列安装有送粉器（２０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，王英，王磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]