專利名稱：一種激光拼焊設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工領(lǐng)域，主要用于提高激光焊接的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
在冶金行業(yè)、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(shí)，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(shí)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。以在線激光拼焊為例比較容易表述一般激光拼焊中的關(guān)鍵問題，因此本說明書主 要集中描述在線激光拼焊。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?yàn)榧す獾木劢构獍咝?，如果拼接?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。以往的激光拼焊設(shè)備的拼接一般是分幾個(gè)步驟完成的，先由激光切割、或剪切設(shè)備將前 一卷板材的末端與后一卷板材的前端切割或剪切好，再由機(jī)械手(亦稱夾具)將兩個(gè)端口 拼在一起，最終由激光將兩個(gè)端口拼焊在一起，這樣就完成了激光拼焊的過程?？梢?，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(德國IDEAL公司的激光拼焊設(shè)備 是這種設(shè)備的例子)和機(jī)械剪切與激光焊接組合(德國MIEBACH公司的激光拼焊設(shè)備是這 種設(shè)備的例子)的激光拼焊。由于激光切割的端口不很光滑、表面氧化、而且會產(chǎn)生切割波 紋，導(dǎo)致拼焊質(zhì)量不好，因此激光切割在激光拼焊中的效果不是很好，尤其在板材比較厚的 時(shí)候焊接中存在嚴(yán)重的問題。由于剪切的端口一般存在著壓力變形，在拼接的過程中也存 在拼接縫漏光或不能對齊的問題，焊接質(zhì)量也存在嚴(yán)重問題，有時(shí)還需要填充焊料進(jìn)行激 光焊接；在板材比較厚的情況下，剪切的變形更為嚴(yán)重甚至有剪切口小部分是剪切開而大 部分是應(yīng)力撕開的現(xiàn)象，這種情況下激光拼焊難以進(jìn)行。

實(shí)用新型內(nèi)容針對原有激光拼焊的弱點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種激光拼焊設(shè)備，解決原 有激光拼焊的問題從而使激光拼焊的質(zhì)量明顯地提高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采 取的主要措施是在普通激光拼焊設(shè)備的基礎(chǔ)上增加銑刀(或磨頭)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)，采用 同一銑刀或者磨頭分別或同時(shí)將前一卷板材的末端與后一卷板材的前端加工整齊，然后將 這兩端拼接在一起，再進(jìn)行激光焊接。由于板材的兩個(gè)端頭是由同一個(gè)銑刀或者磨頭加工 (毫無疑問是在同一導(dǎo)軌上運(yùn)行)出來的，兩個(gè)端頭的拼接幾乎是無縫的或者拼接縫很小，通常情況下小于0. 1毫米。這樣高質(zhì)量的拼接縫為激光焊接提供了可靠的保障，最終的激 光拼焊質(zhì)量也能完全滿足生產(chǎn)的要求。本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型的具體工作過程是在激光焊接或板材移動的過程中，用于端頭加工 的銑刀或者磨頭及其驅(qū)動系統(tǒng)下沉至不影響板材運(yùn)動和激光焊接的位置，當(dāng)需要對兩個(gè)端 頭進(jìn)行加工的時(shí)候，銑刀或者磨頭及其驅(qū)動系統(tǒng)上升至適合加工的位置進(jìn)行加工，在端頭 加工完畢后銑刀或者磨頭及其驅(qū)動系統(tǒng)又下沉至不影響板材運(yùn)動和激光焊接的位置，等待 下一次加工。此后，拼接和激光焊接自動完成。如此往復(fù)循環(huán)，就能進(jìn)行長期工作。很容易看出，盡管本說明書只詳細(xì)描述了在線激光拼焊的情況，但其基本原則很 容易推廣至所有的板材激光拼焊設(shè)備。此外，銑刀或者磨頭還可以用類似功能的工具替代。

因?yàn)楸緦?shí)用新型的激光拼焊設(shè)備除了端頭加工部位外其它部分與原有的激光拼 焊基本相同，所以附圖只說明端頭加工和激光焊接的特殊部位。本實(shí)用新型的激光拼焊設(shè)備的端頭加工和焊接部位示意如圖1和圖2。其中圖1 是在激光焊接前銑刀同時(shí)加工兩端的(當(dāng)然也可以先后加工兩端、但效率不如同時(shí)加工兩 端)示意圖，圖2是激光焊接時(shí)的示意圖。在圖1和圖2中為了表達(dá)簡單，我們約定板材的激光拼焊線是從左到右運(yùn)動，即 左邊是后一卷板材的前端，右邊是前一卷板材的末端；相應(yīng)的夾具也是這樣約定。(1)是左 邊板材的前端，(2)是左邊板材的上夾具，(3)是左邊板材的下夾具，(4)是激光焊接頭，(5) 是銑刀，(6)是右邊板材的上夾具，(7)是右邊板材的下夾具，(8)是右邊板材的末端，(9) 是銑刀切削板材端頭的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，(10)是銑刀升降機(jī)構(gòu)，(11)是銑刀切削板材端頭的 水平運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)，(12)是銑刀的水平運(yùn)動方向(當(dāng)然該方向是可逆的)，(13)是激光束， 它只在進(jìn)行焊接的時(shí)候才工作，(14)是激光焊接點(diǎn)，(15)是激光焊接點(diǎn)的移動方向(該方 向也是可逆的)。由于圖1是在激光焊接前銑刀同時(shí)加工兩端的示意圖，圖2是激光焊接時(shí)的示意 圖，因此它們有一些共同的地方，也有明顯的區(qū)別。圖1中銑刀(5)及其驅(qū)動系統(tǒng)是升上來 的、它位于兩塊板材兩端的中間，正在加工左右兩端的板材，兩塊板材兩端還是分開的、正 在被加工而沒有被拼在一起，此時(shí)沒有激光輸出，激光沒有作用于板材表面。圖2中的不同 在于銑刀(5)及其驅(qū)動系統(tǒng)是沉下去的，銑刀不需要工作因此與兩塊板材沒有接觸，兩塊 板材已經(jīng)拼在一起并且正在被激光焊接，此時(shí)有激光束輸出并進(jìn)行著焊接，(14)就是其中 的按照(15)的指示方向運(yùn)動著的激光焊點(diǎn)。在上面的兩個(gè)圖中，銑刀可以由磨頭或者其它 類似功能的加工工具替代。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子如下一個(gè)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(gè)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)?光學(xué)聚焦頭，以保證激光拼焊的速度和質(zhì)量。為了使拼接質(zhì)量達(dá)到激光焊接的要求，采用一 個(gè)功率為50kW的電機(jī)作為銑刀的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，能在20秒鐘內(nèi)把前一卷板材的末端與后一卷 板材的前端銑整齊。在兩端銑整齊之后，板材夾具就將左右兩卷板材的兩端拼好，激光頭就 進(jìn)行激光焊接，在40秒之內(nèi)將板材的兩端焊接好，這條焊縫就焊接好了。然后，激光拼焊設(shè) 備就等待焊接下一條焊縫。這樣循環(huán)下去就是激光連續(xù)拼焊的生產(chǎn)設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種激光拼焊設(shè)備，其特征在于在普通激光拼焊設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了銑刀及其驅(qū) 動機(jī)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的激光拼焊設(shè)備，其特征在于將所述銑刀替換為磨頭。
3.按照權(quán)利要求1所述的激光拼焊設(shè)備，其特征在于所采用的激光器是氣體激光器、 或固體激光器、或半導(dǎo)體激光器、或光纖激光器。
專利摘要一種激光拼焊設(shè)備，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，主要用途是改善焊接質(zhì)量。本實(shí)用新型采取的主要措施是在普通激光拼焊設(shè)備的基礎(chǔ)上增加銑刀(或磨頭)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)，采用同一銑刀或者磨頭分別或同時(shí)將需要焊接的兩端加工整齊，然后將這兩端拼接在一起，再進(jìn)行激光焊接。該設(shè)備不同與普通拼焊之處是用銑刀或磨頭及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)替代機(jī)械剪切或激光切割。由于板材的兩個(gè)端頭是由同一個(gè)軌道上運(yùn)行的銑刀或者磨頭加工出來的，兩個(gè)端頭的拼接幾乎是無縫的或者拼接縫很小，這樣的激光焊接的明顯優(yōu)勢是質(zhì)量得到了的提高。
文檔編號B23P23/04GK201871937SQ20102010463
公開日2011年6月22日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者陳清明, 黃昭明 申請人:武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司