本發明專利技術涉及焊接領域，特指一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其適用于金屬焊接及焊縫強化。本發明專利技術包括參數輸入系統、激光與焊接參數匹配數據庫系統、機器運動控制系統、焊接參數控制系統、激光參數控制系統、焊接裝置、機械運動裝置、激光跟蹤焊接伺服系統、激光焊接綜合控制系統和工作臺十部分組成。本發明專利技術對焊件邊焊邊沖，通過激光與焊接參數匹配數據庫選擇匹配參數，由控制系統控制工藝參數，根據激光沖擊的時差和焊接與激光沖擊的相對位置同時完成對焊件的焊接和激光沖擊強化。本發明專利技術能實現焊接與激光沖擊強化同時進行，且能夠調節激光沖擊和焊接的時序以及位置，因此可以滿足各種不同工藝參數條件下的激光跟蹤焊接。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及焊接領域，特指一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，能夠同時實現焊接和對焊縫的激光沖擊強化，而且工藝參數可調控制，特別適合于高質量焊縫的自動化焊接和強化。
技術介紹
對于厚板焊接結構，無論是熱裂紋、殘余應力引起的裂紋萌生和擴展、應力腐蝕開裂，還是疲勞損傷，究其原因還是因為拉應力(主要體現為焊接殘余拉應力)的存在，因此減小或消除焊接接頭殘余拉應力的方法均可以提高焊接結構的抗裂性能。目前，提高焊接接頭疲勞強度和抗裂性能的方法大致分為后續熱處理和表面強化。大型分段焊后續熱處理需要大型熱處理設備，實施困難。表面強化方法多樣，主要有TIG (Tungsten Inert Gas)熔修、砂輪打磨、局部機械加工法、錘擊、噴丸、預過載、局部加熱、局部壓延、爆炸法。以上方法主要是通過改善焊縫的幾何外形(如增加焊趾處過渡半徑)來降低焊趾部位的應力集中程度；或者通過調節焊接接頭表面應力場，降低焊趾部位的殘余拉伸應力產生壓縮應力。但是這些方法都具有各自的工藝適用范圍和限制，TIG熔修、錘擊、機加工等因勞動強度大、有副作用、效果不穩定，TIG熔修主要適合平焊位，對于立焊位的補焊及熔修都較困難，難以保證其焊縫質量和焊縫形狀；相變應力法還存在焊縫金屬韌性和經濟性問題。另一方面，激光沖擊及應用技術的發展，為焊接結構抗開裂提供了手段，激光強化技術是利用高功率短脈沖激光輻照材料表面的能量轉換體，能量轉換體表層爆炸性氣化形成高溫高壓的等離子體，等離子體急劇膨脹爆炸產生沖擊波作用與材料表層，實現材料改性，從而提高材料的硬度、抗疲勞和耐磨性能。目前厚板焊接和強化都是分兩個工藝實現，焊件焊接完成后，再對焊接件進行激光沖擊強化，不僅工作量繁瑣，效率低下，還會帶來重新定位誤差和焊縫質量的改變。
技術實現思路
本專利技術在于克服現有技術的不足，針對厚板焊接精度和性能要求，結合激光沖擊的優點，提出一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，利用沖擊焊接裝置的焊接頭完成對焊件焊接的同時，激光頭能自動跟蹤焊縫進行激光沖擊強化，提高效率的同時也保證了焊縫的質量，能夠同時滿足自動化要求高、高質量焊接以及焊后強化的焊接需求。本專利技術采用的技術方案本專利技術是通過以下技術方案來實現的，所涉及的系統包括其包括沖擊焊接裝置、機械運動系統和系統控制；沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導軌；機械運動系統包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動裝置、工作臺、導軌、絲杠、位移傳感器；系統控制包括總控制系統、參數選擇和輸入系統、激光與焊接參數匹配數據系統、激光參數控制系統、焊接參數控制系統、機械運動控制系統以及激光跟蹤焊接伺服系統。在進行同步激光沖擊焊接時，首先通過系統控制中的參數選擇和輸入系統，確定合適的焊接參數和激光參數，再由機械運動系統中的沖擊焊接跟隨裝置和系統控制中的激光跟蹤焊接伺服系統確定焊接頭與激光頭之間的位置及時序，系統控制在控制焊接的同時激光頭也同時對焊縫進行沖擊強化，在工作過程中，激光頭通過沖擊焊接跟隨裝置緊跟焊接頭，同時智能位移傳感器時刻檢測位置的變化經比較放大器進行調節，由激光跟蹤焊接伺服系統進行閉環控制，實現自適性激光沖擊焊接裝置對焊件邊焊邊強化的加工方法。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，可以過激光與焊接參數匹配系統和參數選擇和輸入系統，來滿足不同焊接材料、不同工藝和不同的焊縫質量要求。當焊接工藝發生變化，例如焊口發生變化，為了滿足焊接要求，只需要先調節焊接參數，通過激光與焊接參數匹配系統選擇合適的激光參數，也可以通過手動輸入方式確定激光參數，參數確定以后由智能位移傳感器將焊接頭與激光頭的之間的距離傳給激光與焊接參數匹配系統，再由總控制系統結合激光與焊接工藝參數，選擇合適的焊接與激光沖擊的時差以及焊接與激光沖擊的相對位置，在各參數匹配完成以后，由機械運動系統和激光跟蹤焊接伺服系統完成整個加工過程。針對不同的焊接材料要求的焊接參數和激光強化參數也不一樣，可以根據該焊接材料的實驗數據，來調節焊接參數和激光強化參數，通過參數修改完成對不同材料的焊接及激光沖擊強化。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其沖擊焊接跟隨裝置能夠保證激光頭和焊接頭的行進軌跡相同，且激光頭和焊接頭之間的距離保持一致，其中激光頭和焊接頭之間的距離由智能位移傳感器和比較放大器來實現監控和保持。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，針對特定的焊接材料和焊接工藝參數，焊接移動速度V是確定的，通過調節激光頭和焊接頭之間的距離d來實現激光沖擊和焊接時間間隔At的可控的性和時序的變化，具體表現為At = d/v。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，其沖擊焊接參數匹配系統是可擴展和可變的，可以通過修改添加的方法對激光和焊接參數匹配系統進行豐富，從而滿足新形勢下的出現的不斷出變化的焊接材料和焊接工藝使其適合新環境下的要求。因為焊接和激光同時進行是建立在沖擊焊接數據庫的軟件基礎和自適性激光沖擊焊接裝置的硬件基礎之上，而且沖擊焊接數據庫和自適性激光沖擊焊接裝置都是柔性系統，可以根據需要進行一個調節，所以本專利技術可以根據焊接材料的不同和焊接工藝要求不同選取合適的參數進行加工。實施該方法的主要有沖擊焊接裝置、機械運動部分和系統控制部分。沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導軌；機械運動部分依次包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動裝置、工作臺、導軌、絲杠、位移傳感器。電機轉動通過絲杠帶動沖擊焊接跟隨裝置運動實現激光頭對激光頭的跟蹤，同時智能位移傳感器將信息反饋到控制系統與原有的信號進行比較放大形成一個閉環回路。系統控制部分包括總控制系統、參數選擇和輸入系統、激光與焊接參數匹配數據系統、激光參數控制系統、焊接參數控制系統、機械運動控制系統以及激光跟蹤焊接伺服系統。在進行了參數選擇和輸入以后，通過激光與焊接參數匹配數據系統與激光跟蹤焊接伺服系統將最后的數據參數傳送給總控制系統，再由總控制系統對激光參數控制系統、焊接參數控制系統和機械運動控制系統進行運動控制，同時激光跟蹤焊接伺服系統對沖擊焊接跟隨裝置完成一個實時監控。形成一個自動化帶反饋回路的控制系統。本專利技術提出的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，是以焊接和激光沖擊焊縫同時進行為目地，由激光跟蹤焊接系統與裝置來實現激光頭跟蹤焊接頭的實時控制。再有激光參數與焊接參數匹配系統進行一個參數選擇，結合激光跟蹤焊接伺服系統距離反饋信息來確定沖擊焊接裝置的焊接頭與激光頭之間的距離以及焊接和激光沖擊強化的時序，通過總的控制系統去控制沖擊焊接跟隨裝置的運動，以及激光參數控制器和焊接參數控制器的動作。由于沖擊焊接跟隨裝置的調節是建立在伺服控制系統的基礎上，故該裝置具有定位精確、實時性好、自動化程度高的特點。另外在適用范圍方面由于該裝置是建立在激光與焊接綜合控制系統基礎之上，該系統含有激光與焊接參數匹配數據庫系統、焊接參數控制系統、激光參數控制系統，能夠實現不同焊接工藝參數的焊接及強化要求。具有適用范圍廣、活性好、高效率、高質量的特點。適合與大批量好質量焊接的需求。本專利技術具有如下技術優勢(I)由于采用激光沖擊作為焊接強化的方式具有高壓、沖擊范圍小和加載時間可控本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其包括沖擊焊接裝置、機械運動系統和系統控制；沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導軌；機械運動系統包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動裝置、工作臺、導軌、絲杠、位移傳感器；系統控制包括總控制系統、參數選擇和輸入系統、激光與焊接參數匹配數據系統、激光參數控制系統、焊接參數控制系統、機械運動控制系統以及激光跟蹤焊接伺服系統；其特征在于通過激光與焊接參數匹配數據系統確定合適的焊接參數和激光參數以后，再由沖擊焊接跟隨裝置和激光跟蹤焊接伺服系統確定焊接頭與激光頭之間的位置及時序，系統控制在控制焊接頭焊接的同時激光頭也同時沖擊強化，在工作過程中，激光頭通過沖擊焊接跟隨裝置緊跟焊接頭，同時激光跟蹤焊接伺服系統時刻檢測焊接頭和激光頭位置的變化經比較放大電路進行調節，實現閉環控制。
【技術特征摘要】
1.一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其包括沖擊焊接裝置、機械運動系統和系統控制；沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導軌；機械運動系統包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動裝置、工作臺、導軌、絲杠、位移傳感器；系統控制包括總控制系統、參數選擇和輸入系統、激光與焊接參數匹配數據系統、激光參數控制系統、焊接參數控制系統、機械運動控制系統以及激光跟蹤焊接伺服系統；其特征在于通過激光與焊接參數匹配數據系統確定合適的焊接參數和激光參數以后，再由沖擊焊接跟隨裝置和激光跟蹤焊接伺服系統確定焊接頭與激光頭之間的位置及時序，系統控制在控制焊接頭焊接的同時激光頭也同時沖擊強化，在工作過程中，激光頭通過沖擊焊接跟隨裝置緊跟焊接頭，同時激光跟蹤焊接伺服系統時刻檢測焊接頭和激光頭位置的變化經比較放大電路進行調節，實現閉環控制。2.根據權利要求1所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王勻，殷蘇民，張超，許楨英，江文林，孫全平，蔣素琴，陸廣華，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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