一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置的制作方法

本专利涉及一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，主要应用于异型接头或窄间隙领域焊接。

背景技术：

1、激光-电弧复合焊具有桥接能力强、焊接效率高、焊缝成形好等优点，因此近年来被广泛应用于厚板焊接，但由于在激光电弧复合焊接异型接头或窄间隙过程中，接头形状或空间的限制约束了焊枪移动，改变熔滴过渡方式或形成复杂的电磁力，从而导致焊接过程不稳定，焊缝成形变差，产生飞溅或咬边，并且焊缝内部出现裂纹或气孔等缺陷致使接头性能降低。

2、近年来，许多学者致力于研究激光电弧复合焊过程稳定性研究以及焊缝成形及缺陷的控制，例如通过更改厚板坡口形式、加入电磁场或加入摆动激光，虽然改善之后焊接过程趋于稳定，但前期需要大量工艺参数稳定性测试，因此在实际应用过程中效率低，且焊接参数较多，可控性差。

3、在未来，小型化、高集成度、智能化复合焊接装置的研发激光焊接设备集成化发展的新方向，现目前为实现激光电弧复合焊高效率，工业化应用，已有学大量焊接装置得以研发，例如，专利号cn115156718提出的激光-mig电弧复合焊接装置及复合焊接方法，通过机械枪绕轴线转动，实现曲线焊缝的稳定焊接，提高焊接质量；专利号cn114769880提出的一种激光电弧复合焊枪连接机构，通过设置双滑轨使焊枪更好地适应t型接头，解决激光入射角度以及和焊枪与母材干涉的问题。但目前激光电弧复合焊装置无法实现实时调节焊接过程，且适应的接头有限。

技术实现思路

1、本发明设置红外信号监测系统反应熔池信号，通过信号红外传感器传至焊枪调整结构自动调节光丝间距及角度提升厚板异形接头或窄间隙激光电弧复合焊接稳定性，优化焊缝成形，减少接头气孔或裂纹等缺陷，适用于激光电弧复合焊领域。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，包括焊枪电动调节机构、红外传感器、第一固定板、第二固定板、激光通道、高透保护镜、激光束、第三固定板、总控制器、红外监测系统连接口、准直镜、聚焦镜、反射镜、半反射镜和红外信号通道，所述的红外监测系统连接口处的红外监测器发射远红外光，远红外光经过红外信号通道和半反射镜作用于待焊件，随后待红外信号被焊件熔池反射后经过半反射镜和红外信号通道后传至红外传感器，所述的激光束是通过激光器发射激光依次经过准直镜、聚焦镜、反射镜、半反射镜和高透玻璃保护镜之后聚焦于焊接试件表面，焊枪电动调节机构通过第三固定板固定至总控制器，红外传感器与焊枪电动调节机构相连接，激光通道和红外信号通道通过第二固定板固定至总控制器，准直镜通过与第一固定板固定至总控制器。

3、进一步的，所述的焊枪电动调节机构包括第四固定板，第五固定板，弧形轨道，滑动轮，高精度旋转齿轮，可调节伸缩杆，焊枪固定夹具和电弧焊枪，所述的第五固定板通过滑动轮沿着第四固定板上的弧形轨道滑动，滑动轮在弧形轨道上滑动调节焊枪角度，通过高精度旋转齿轮调节电弧焊枪与激光束的相对方向，通过可调节伸缩杆调节光丝间距，焊枪固定夹具固定电弧焊枪，电弧焊枪在焊接t型接头、异形接头或窄间隙焊接过程中根据红外传感器的传感信号360°旋转电弧焊枪配合激光束焊接。

4、进一步的，焊件熔池反射后的红外信号传至红外传感器后将信号反馈给焊枪电动调节机构，焊枪电动调节机构进行自动调节光丝间距及焊枪角度，快速稳定焊接过程，通过红外传感器接收到的红外辐射信号反应熔池的熔宽、焊瘤以及熔深状态之后，焊枪电动调节结构通过红外传感器输入的红外辐射信号输出动作指令，其反应速度快，反应更准确。

5、进一步的，所述的，电弧焊枪包括mig焊枪、mag焊枪和tig焊枪，可适应多种材料焊接。

6、本发明有益效果

7、1.相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明可适用于多种厚板异形接头或窄间隙焊接；

8、2.相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明可在焊接过程中自动监测熔池状态，实时调节光丝间距和焊枪角度，增强焊接过程稳定性；

9、3.相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明使焊缝成形更美观，接头中气孔和裂纹缺陷减少。

技术特征：

1.一种增强激光电弧焊接过程稳定性的装置，特征在于：包括焊枪电动调节机构(1)、红外传感器(2)、第一固定板(3)、第二固定板(4)、激光通道(5)、高透保护镜(6)、激光束(7)、第三固定板(8)、总控制器(9)、红外监测系统连接口(10)、准直镜(11)、聚焦镜(12)、反射镜(13)、半反射镜(14)和红外信号通道(15)，焊枪电动调节机构(1)通过第三固定板(8)固定至总控制器(9)，红外传感器(2)与焊枪电动调节机构(1)相连接，激光通道(5)和红外信号通道(15)通过第二固定板(4)固定至总控制器(9)，准直镜(11)通过与第一固定板(3)固定至总控制器(9)。

2.根据权利要求1所述的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，其特征在于，所述的焊枪电动调节机构(1)包括第四固定板(101)，第五固定板(102)，弧形轨道(103)，滑动轮(104)，高精度旋转齿轮(105)，可调节伸缩杆(106)，焊枪固定夹具(107)和电弧焊枪(108)，所述的第五固定板(102)通过滑动轮(104)沿着第四固定板(101)上的弧形轨道(103)滑动，滑动轮(104)在弧形轨道(103)上滑动调节焊枪角度，通过高精度旋转齿轮(105)调节焊枪与激光束(7)的相对方向，通过可调节伸缩杆(106)调节光丝间距，焊枪固定夹具(107)固定电弧焊枪(108)，电弧焊枪(108)在焊接t型接头、异形接头或窄间隙焊接过程中根据红外传感器(2)的传感信号360°旋转电弧焊枪(108)配合激光束(7)焊接。

3.根据权利要求1所述的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，其特征在于，所述的激光束(7)是通过激光器发射激光依次经过准直镜(11)、聚焦镜(12)、反射镜(13)、半反射镜(14)和高透玻璃保护镜(6)之后聚焦于焊接试件表面。

4.根据权利要求1所述的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，其特征在于，所述的红外监测系统连接口(10)处的红外监测器发射远红外光，远红外光经过红外信号通道(15)和半反射镜(14)作用于待焊件，随后待红外信号被焊件熔池反射后经过半反射镜(14)和红外信号通道(15)后传至红外传感器(2)。

5.根据权利要求1所述的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，其特征在于，红外信号传至红外传感器(2)后将信号反馈给焊枪电动调节机构(1)，焊枪电动调节机构(1)进行自动调节光丝间距及焊枪角度，快速稳定焊接过程，通过红外传感器(2)接收到的红外辐射信号反应熔池的熔宽、焊瘤以及熔深状态之后，焊枪电动调节机构(1)通过红外传感器(2)输入的红外辐射信号输出动作指令，其反应速度快，反应更准确。

6.根据权利要求1所述的一种增强激光-电弧复合焊接过程稳定性的装置，其特征在于，其电弧焊枪(108)包括mig焊枪、mag焊枪和tig焊枪，可适应多种材料焊接。

技术总结
本发明提出的一种增强激光‑电弧复合焊接过程稳定性的装置，包括焊枪电动调节机构、红外传感器、第一固定板、第二固定板、激光通道、高透保护镜、激光束、第三固定板、总控制器、红外监测系统连接口、准直镜、聚焦镜、反射镜、半反射镜和红外信号通道，相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明可适用于多种厚板异形接头或窄间隙焊接；相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明可在焊接过程中自动监测熔池状态，实时调节光丝间距和焊枪角度，增强焊接过程稳定性；相对于普通激光电弧焊接复合装置，本发明使焊缝成形更美观，接头中气孔和裂纹缺陷减少。

技术研发人员：王春生,何广忠,王洪潇,闫占奇,蔡创,陈辉
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27