專利名稱：能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光、電弧復合焊接裝置。
背景技術：
激光焊接是典型的激光加工技術的應用，焊接過程以高能聚焦激光束為熱源，具 有弧焊工藝難以比擬的優點，如焊縫窄、熔深深、變形小、速度快等，是一種高效的焊接方 法。但激光焊接的成本高，對焊件裝備條件要求高(間隙、錯邊、不等厚等)，焊縫易產生氣 孔、裂紋缺陷等缺點限制了激光焊接的進一步應用。為了彌補單一激光焊的不足，激光與其 它熱源復合焊接技術逐漸受到重視，出現了一些復合熱源焊接方法，目前應用較廣的主要 是激光-電弧復合熱源焊接技術，如激光-TIG、激光-MIG/MAG、激光-等離子體弧復合焊接坐 寸ο
要獲得激光和電弧復合熱源協調作用的效果，激光-電弧復合焊接設備是關鍵因 素之一。目前，激光-電弧復合焊接系統通常由幾個主要組成部分復合構成激光器、弧焊 系統、復合焊槍、工裝卡具。為了便于實現自動化焊接過程，復合焊槍通常安裝在焊接機器 人或數控機床上，焊接過程由機器人或數控機床向激光器、焊機、工裝卡具發出工作指令， 實現幾部分協調聯動工作。
常見的激光-電弧復合焊件設備在焊接過程中，激光器能否正常工作受到很多 因素制約，如冷卻水系統(水壓、水溫、露點)、光路、輸出鏡、保護鏡等，這些因素一旦發生異 常，激光便無法輸出或激光功率無法正常耦合到焊件上，發生諸如此類的故障后雖然大部 分激光器具備自身保護和故障提示功能，但通常只針對保護激光器本身，并不停止復合焊 接過程；更甚之，保護鏡常常因焊接過程中飛濺而受污染，導致激光雖然輸出，但激光被保 護鏡片阻擋，大部分激光的能量根本就沒耦合在焊件上，但這種異常情況靠激光器自身是 無法判斷的。以上異常情況發生，最終都會導致激光-電弧復合焊接過程變成單一的電弧 焊過程。另一方面，激光-電弧復合焊接過程中，電弧也會因種種原因熄滅。例如激光-MIG 復合焊接時，送絲系統堵塞或焊絲用盡導致電弧熄滅，使焊接過程變成單一的激光焊；或送 絲可以持續，電弧已經熄滅，使焊接過程變成激光填絲焊。顯然，無論哪一種情況都不能滿 足工藝要求，在一些大型結構件(如鋁合金車體)的焊接過程中，一旦發生上述異常情況而 不能及時停止單一熱源的焊接過程，將會導致不合格的焊接產品出現，降低生產效率，并造 成經濟損失。
由于激光和電弧是對人體存在危害的作業方式，又不便于操作人員實時監測，因 此迫切需要一種實時監測系統對激光-電弧復合焊接過程中激光輸出異常或電弧熄滅的 狀況進行監控，及時避免單一熱源焊接過程的發生，并報警提示。發明內容
本發明的目的是提供一種能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，以實現對激 光-電弧復合焊接過程中激光輸出異常或電弧熄滅的狀況進行監控。它包括焊接電源9、焊槍5和激光器3，焊槍5連接在焊接電源9的一個輸出電極上，焊接電源9的另一個輸出電 極連接工件1，激光器3的激光輸出端照射在工件I的、焊槍5所產生的焊點處，它還包括電 流傳感器6、PLC控制器8、光學傳感器4和蜂鳴報警器7，電流傳感器6連接在焊槍5與焊 接電源9之間的連接線上以提取電流信號，電流傳感器6的電流信號輸出端連接PLC控制 器8的一個信號輸入端，光學傳感器4設置在工件I的熔池12上方以接收工件I反射過來 的激光信號，光學傳感器4的信號輸出端連接PLC控制器8的另一個信號輸入端，PLC控制 器8的一個信號輸出端連接蜂鳴報警器7的信號輸入端，PLC控制器8的另一個信號輸出 端連接激光器3外部出光控制信號輸入端，PLC控制器8的又一個信號輸出端連接焊接電 源9的供電電源的控制信號輸入端。
在焊接工作過程中，電流傳感器6提取電弧焊接過程中的電流，光學傳感器4提 取激光器3輸出的激光功率，當上述電流值或激光功率值發生變化，PLC控制器8中產生控 制命令，同時關閉激光器3和焊接電源9，并使蜂鳴報警器7發出鳴響報警。從而實現對激 光-電弧復合焊接過程中激光輸出異常或電弧熄滅的狀況進行監控。


圖1是本發明裝置的工作情況示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式包括焊接電源9、焊槍5和激光器3，焊槍5連接在焊接電源9的一個輸出電極上，焊接電源9的另一個輸 出電極連接工件1，激光器3的激光輸出端照射在工件I的、焊槍5所產生的焊點處，它還 包括電流傳感器6、PLC控制器8、光學傳感器4和蜂鳴報警器7，電流傳感器6連接在焊槍 5與焊接電源9之間的連接線上以提取電流信號，電流傳感器6的電流信號輸出端連接PLC 控制器8的一個信號輸入端，光學傳感器4設置在工件I的熔池12上方以接收工件I反射 過來的激光信號，光學傳感器4的信號輸出端連接PLC控制器8的另一個信號輸入端，PLC 控制器8的一個信號輸出端連接蜂鳴報警器7的信號輸入端，PLC控制器8的另一個信號輸 出端連接激光器3外部出光控制信號輸入端，PLC控制器8的又一個信號輸出端連接焊接 電源9的供電電源的控制信號輸入端。在激光-電弧復合焊接過程中，激光和電弧協同工 作后，采用電流傳感器實時監測焊接過程中的電弧電流，同時對激光輸出功率實時監測，一 旦電弧熄滅或激光功率輸出異常，由各自的執行元件發出終止命令，使焊接過程終止并報 警提示，從而確保整個焊接過程是在激光和電弧復合作用下完成的，避免單一熱源焊接的 不合格產品造成的重大損失，降低了激光-電弧復合焊接加工產品的廢品率和附加成本， 同時也提高焊接生產效率和安全性。
如圖1所示，以激光-MIG/MAG復合焊接為例，激光器3輸出激光束2，激光束2作 用在工件I上產生激光“匙孔11”，焊接電源9給焊槍5供電，電弧在焊槍5與工件I之間 產生，并形成焊接熔池12，激光“匙孔11”和電弧熔池12共同作用，完成焊接過程，光學傳 感器4采集工件I表面反射的特定波長的激光信號，發給PLC控制器8，同時電流傳感器6 采集焊接電源9輸出的電流信號并發送給PLC控制器8。正常工作時，PLC控制器8同時可 以接收到激光信號和電流信號；當光學傳感器4接收不到特定波長的激光信號，或電流傳感器6接收不到焊接電流信號時，PLC控制器8同時向激光器3和焊接電源9發出關斷信號，關閉激光器3和焊接電源9，停止焊接過程，并發出信號給蜂鳴報警器7提示報警。
具體實施方式
二 本實施方式特點是由于被焊接材料的表面反射率和激光輸出功率的不同，光學傳感器4對接收到的光的強度要有上限保護功能；另外，除了激光在工件表面有反射外，電弧光也會被反射，因此為了保證準確無誤地識別有無激光輸出，光學傳感器4對特定波長(光纖激光器激光波長1. 06 μ m)區域的激光要有一定的識別功能。本發明中的光學傳感器4采用靈敏度較高的光電二極管型激光能量傳感器接收激光(型號為 TH0RLABS公司的FGA03)，光學傳感器4內部具有濾波鏡片濾除其它波段的雜散光。
具體實施方式
三本實施方式特點是根據激光-電弧復合焊接方法中的不同電弧焊方法，選用不同類型的焊槍，圖1所示為激光-MIG/MAG復合焊接，選MIG、MAG復合焊槍。也可以為TIG焊槍、埋弧焊槍、等離子弧焊槍等。
具體實施方式
四本實施方式特點是本發明電流傳感器6選用的是LEM公司的最大量程為300A的電流傳感器。
具體實施方式
五本實施方式特點是本發明采用的焊接電源是EWM公司的全數字化弧焊電源，適用于激光-MIG/MAG焊接。其它電弧 焊方法與激光復合焊接時，可采用相應的焊接電源。
權利要求
1.能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，其特征在于它包括焊接電源(9)、焊槍(5) 和激光器(3)，焊槍(5)連接在焊接電源(9)的一個輸出電極上，焊接電源(9)的另一個輸出電極連接工件(1)，激光器(3)的激光輸出端照射在工件(1)的、焊槍(5)所產生的焊點處，它還包括電流傳感器(6)、PLC控制器(8)、光學傳感器(4)和蜂鳴報警器(7)，電流傳感器(6 )連接在焊槍(5 )與焊接電源(9 )之間的連接線上以提取電流信號，電流傳感器(6 )的電流信號輸出端連接PLC控制器(8 )的一個信號輸入端，光學傳感器(4 )設置在工件(I)的熔池(12)上方以接收工件(I)反射過來的激光信號，光學傳感器(4)的信號輸出端連接PLC 控制器(8)的另一個信號輸入端，PLC控制器(8)的一個信號輸出端連接蜂鳴報警器(7)的信號輸入端，PLC控制器(8)的另一個信號輸出端連接激光器(3)外部出光控制信號輸入端，PLC控制器(8)的又一個信號輸出端連接焊接電源(9)的供電電源的控制信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，其特征在于光學傳感器(4)采用靈敏度較高的光電二極管型激光能量傳感器接收激光。
3.根據權利要求1所述的能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，其特征在于焊槍(5) 選用MIG、MAG復合焊槍、TIG焊槍、埋弧焊槍或等離子弧焊槍。
4.根據權利要求1所述的能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，其特征在于電流傳感器(6)選用的是LEM公司的最大量程為300A的電流傳感器。
5.根據權利要求1所述的能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，其特征在于焊接電源是EWM公司的全數字化弧焊電源。
全文摘要
能在線報警的激光、電弧復合焊接裝置，本發明涉及一種激光、電弧復合焊接裝置。實現了對激光-電弧復合焊接過程中激光輸出異常或電弧熄滅的狀況進行監控。它包括焊接電源、焊槍和激光器，焊槍連接在焊接電源的一個輸出電極上，激光器的激光輸出端照射在焊槍所產生的焊點處，它還包括電流傳感器、PLC控制器、光學傳感器和蜂鳴報警器，電流傳感器連接在焊槍與焊接電源之間以提取電流信號，電流傳感器的電流信號輸出端連接PLC控制器的一個信號輸入端，光學傳感器設置在工件的熔池上方以接收工件反射過來的激光信號，光學傳感器的信號輸出端連接PLC控制器的另一個輸入端，PLC控制器的一個信號輸出端連接蜂鳴報警器的信號輸入端。
文檔編號B23K28/02GK103028852SQ20121055179
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者朱宗濤, 李遠星, 李恒奎, 龔明, 孫幫成, 丁叁叁, 孟立春, 李明高, 馬紀軍, 陳輝, 茍國慶, 劉艷, 王曉敏, 馬傳平 申請人:西南交通大學, 南車青島四方機車車輛股份有限公司, 唐山軌道客車有限責任公司