一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭制造技術(shù)

一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭，適用于在冶金、造船、汽車等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中將比較小的金屬板材焊接成比較大的板材或者將比較短的金屬板材或帶材焊接成比較長的板材或帶材，主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，并能獲得良好的激光切割和焊接質(zhì)量，同時降低了設(shè)備的成本。擺動激光頭的主要措施是利用兩個軸承將激光頭停留在以軸承中心為圓心、以焦點(diǎn)到軸承中心的距離為半徑的弧線上的任意點(diǎn)上；工程中可以設(shè)置三個停留點(diǎn)即０°點(diǎn)、＋Ｘ°點(diǎn)和－Ｘ°點(diǎn)，讓這三個停留點(diǎn)作為光頭加工點(diǎn)，這樣就形成了能在實際工程上使用的用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于激光加工領(lǐng)域，主要用于提高激光切割和激光焊接的質(zhì)量，降低設(shè)備的成本。
技術(shù)介紹
在冶金、造船、汽車等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中，用激光將比較小的金屬板材焊接成比較大的板材或者將比較短的金屬板材或帶材焊接成比較長的板材或帶材是常用的方法，這種生產(chǎn)工藝就被稱為激光拼焊。例如，在軋輥將比較厚的板材軋制成比較薄的板材時，為了連續(xù)生產(chǎn)，在生產(chǎn)線上廣泛用激光將前一卷板材的末端與后一卷板材的前端焊接起來，這種焊接可以使軋制過程按照人們期望的時間一直連續(xù)進(jìn)行，這種生產(chǎn)工藝就被稱為在線激光拼焊。激光焊接有很多優(yōu)勢，例如焊接速度高、焊接質(zhì)量好、焊接強(qiáng)度高、不需要焊接填充料(例如焊條)等等，因此激光拼焊越來越多地替代或淘汰了傳統(tǒng)拼焊工藝。然而，激光焊接對拼接的要求也很高。這主要是因為激光的聚焦光斑小，如果拼接的縫太大或者拼接縫有不平整或不光滑的毛刺等問題，激光焊接過程中就會出現(xiàn)漏光、漏焊、或者氣孔等諸多問題，焊接的質(zhì)量就會受到嚴(yán)重的影響。這些問題可能導(dǎo)致軋制過程中斷帶而使生產(chǎn)中斷， 嚴(yán)重地影響生產(chǎn)效率和安全。由此可見，拼接過程對激光拼焊有決定性影響。激光拼焊設(shè)備的拼接一般是分幾個步驟完成的，先由激光切割、或剪切設(shè)備將前一板材的末端與后一板材的前端切割或剪切好，再由機(jī)械手(亦稱夾具)將兩個端口拼在一起，最終由激光將兩個端口拼焊在一起，這樣就完成了激光拼焊的過程。可見，有兩種組合方式完成激光拼焊， 即激光切割與激光焊接組合和機(jī)械剪切與激光焊接組合的激光拼焊。由機(jī)械剪切同時將前一板材的末端與后一板材的前端剪切好的設(shè)備為雙刃剪，這種設(shè)備技術(shù)難度大、價格高昂， 國內(nèi)難以生產(chǎn)。采用激光切割作為拼焊的前處理是比較簡單和成本低的重要方法。然而， 不管是雙刃剪剪切還是激光切割，都必須是將前一板材的末端與后一板材的前端切割或剪切好并且在它們之間留相當(dāng)大的空隙然后再拼在一起。這不僅是初始焊接的需要，也是在拼焊質(zhì)量不滿足要求的情況下重新焊接的需要。在重新焊接的情況下，必須將原有不合格焊縫附近的區(qū)域切掉而不能沿原焊縫切割。可見，如果是激光切割，必須要將板材雙邊切割。現(xiàn)在常用的方法是讓切割頭走U字型實現(xiàn)雙邊切割，實際上切割的是兩條平行線，中間的橫線是空行程。這種方式需要的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，因為要滿足一定的定位和重復(fù)定位精度要求，一般是伺服電機(jī)配合滾珠絲杠和一套比較復(fù)雜的光路系統(tǒng)來完成。這樣的機(jī)構(gòu)如果出現(xiàn)問題將嚴(yán)重影響切割質(zhì)量，切割質(zhì)量得不到保證，焊接質(zhì)量也難以滿足要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對原有激光拼焊設(shè)備的激光頭的弱點(diǎn)，本技術(shù)的目的是提供一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭。為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采取的主要措施是在普通激光頭 (即不擺動的激光頭)的激光傳輸管道上設(shè)置兩個軸承，這樣激光頭可以在一定的角度范圍內(nèi)擺動，因此激光頭可以停留以軸承中心為圓心、以焦點(diǎn)到軸承中心的距離為半徑的弧線上的任意點(diǎn)上，實際拼焊設(shè)備使用中是將激光頭由中點(diǎn)到兩邊的擺動角度為基準(zhǔn)定出三個停留點(diǎn)，數(shù)學(xué)上標(biāo)記為0°點(diǎn)、+X。點(diǎn)和-x°點(diǎn)，實際工程上是在士X。處布置兩個限位裝置(簡單的就用兩個限位塊)，讓這三個停留點(diǎn)作為光頭加工點(diǎn)，這樣就形成了能在實際工程上使用的用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭。本技術(shù)的具體工作過程是在激光切割或焊接的過程中，先讓擺動激光頭停在+x°的位置，此時擺動激光頭沿著直線軌道運(yùn)動將前一板材的末端切割好；然后讓擺動激光頭停留在-x°的位置，此時擺動激光頭沿著同一直線軌道運(yùn)動將后一板材的前端切割好；再讓板材夾具將前一板材的末端和后一板材的前端拼接好，拼接好的縫剛好停留在 0°的位置，然后讓擺動激光頭也停留在0°的位置，此時擺動激光頭仍然沿著同一直線軌道運(yùn)動將兩端焊接起來，這樣就完成了一個完整的切割焊接過程。如果讓上述過程循環(huán)下去，就實現(xiàn)了長期自動工作。本技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，并能獲得良好的激光切割和焊接質(zhì)量，同時降低了設(shè)備的成本。本技術(shù)的其它部分與原有的激光拼焊基本相同。其中激光器一般是高功率激光器，有高功率氣體激光器、高功率固體激光器、高功率半導(dǎo)體激光器、高功率光纖激光器等激光器可供選擇。很容易看出，該擺動激光頭不僅能用于在線激光拼焊設(shè)備，也能用于一般板材激光拼焊設(shè)備。附圖說明本技術(shù)的一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭示意如圖1。在圖1中，為了表達(dá)全面，我們將激光器也在圖中表示出來。圖1中(1)是激光器，(2)是需要切割和焊接的板材，(3)是擺動激光頭切割和焊接的運(yùn)動方向，該方向是可逆的，即可以往復(fù)運(yùn)動，(4) 是激光光束的外沿光線，( 是擺動激光頭上的兩個軸承，(6)是導(dǎo)光筒及激光鏡片的支撐座，(7)、(8)、(9)分別是激光反射鏡，(10)是激光聚焦鏡。圖2是圖1的俯視圖，其中(11) 是前一板材的末端激光切口，(12)是后一板材的前端激光切口，(13)是擺動激光頭的+X° 停留位置，即前一板材的末端激光切口位置，(14)是擺動激光頭的-X°停留位置，即后一板材的前端激光切口位置，(1 是擺動激光頭的0°停留位置，即擺動激光頭的焊接位置， 也是前后板材拼接縫的位置。具體實施方式本技術(shù)的具體實施例子如下一個將熱軋板激光拼焊后送到軋機(jī)進(jìn)行冷軋的聯(lián)合生產(chǎn)線，為了保證生產(chǎn)按照人們的預(yù)期不停頓的進(jìn)行，需要在將熱軋板一卷接一卷地焊接起來供應(yīng)到冷軋機(jī)。其激光拼焊的速度要大于冷軋所需要的拼接速度。如果熱軋板的厚度為6mm，寬度為1200mm，則采用一個功率為6kW的射頻激勵板條二氧化碳?xì)怏w激光器，其輸出激光束通過光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)綌[動激光頭。該擺動激光頭先停在+X°的位置，并沿著直線軌道運(yùn)動將前一板材的末端切割好；然后停留在-χ°的位置，并沿著同一直線軌道運(yùn)動將后一板材的前端切割好；當(dāng)板材夾具將前一板材的末端和后一板材的前端拼接好并停留在0°的位置后，擺動激光頭也停留在0°的位置，此時擺動激光頭仍然沿著同一直線軌道運(yùn)動將兩端焊接起來，這樣就完成了一個完整的切割焊接過程。如果讓上述過程循環(huán)下去，就實現(xiàn)了長期自動工作。這樣循環(huán)生產(chǎn)的就是激光連續(xù)拼焊的生產(chǎn)線，本技術(shù)的一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭就是這種生產(chǎn)線的重要部件。權(quán)利要求1.一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭，與不擺動的激光頭的結(jié)構(gòu)和功能基本相同， 其特征在于在不擺動的激光頭的基礎(chǔ)上增加一對軸承，這樣激光頭就可以擺動。2.一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭，其特征在于在擺動激光頭的使用中可以將激光頭由中點(diǎn)到兩邊的擺動角度為基準(zhǔn)定出三個停留點(diǎn)，讓這三個停留點(diǎn)作為光頭加工點(diǎn)，這樣就形成了能在實際工程上使用的用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭。專利摘要一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭，適用于在冶金、造船、汽車等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中將比較小的金屬板材焊接成比較大的板材或者將比較短的金屬板材或帶材焊接成比較長的板材或帶材，主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，并能獲得良好的激光切割和焊接質(zhì)量，同時降低了設(shè)備的成本。擺動激光頭的主要措施是利用兩個軸承將激光頭停留在以軸承中心為圓心、以焦點(diǎn)到軸承中心的距離為半徑的弧線上的任意點(diǎn)上；工程中可以設(shè)置三個停留點(diǎn)即0°點(diǎn)、+X°點(diǎn)和-X°點(diǎn)，讓這三個停留點(diǎn)作為光頭加工點(diǎn)，這樣就形成了能在實際工程上使用的用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭。文檔編號B23K26本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種用于激光拼焊設(shè)備的擺動激光頭，與不擺動的激光頭的結(jié)構(gòu)和功能基本相同，其特征在于：在不擺動的激光頭的基礎(chǔ)上增加一對軸承，這樣激光頭就可以擺動。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳清明，黃昭明，劉千軍，單樹滋，陳在偉，萬偉，潘毅，
申請(專利權(quán))人：武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司，
類型：實用新型
國別省市：83[中國|武漢]