专利名称：一种激光拼焊设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工领域，主要用于提高激光焊接的质量。
背景技术：
在冶金行业、造船、汽车等国民经济支柱产业中，用激光将比较小的金属板材焊接 成比较大的板材或者将比较短的金属板材或带材焊接成比较长的板材或带材是常用的方 法，这种生产工艺就被称为激光拼焊。例如，在轧辊将比较厚的板材轧制成比较薄的板材 时，为了连续生产，在生产线上广泛用激光将前一卷板材的末端与后一卷板材的前端焊接 起来，这种焊接可以使轧制过程按照人们期望的时间一直连续进行，这种生产工艺就被称 为在线激光拼焊。以在线激光拼焊为例比较容易表述一般激光拼焊中的关键问题，因此本说明书主 要集中描述在线激光拼焊。激光焊接有很多优势，例如焊接速度高、焊接质量好、焊接强度 高、不需要焊接填充料(例如焊条)等等，因此激光拼焊越来越多地替代或淘汰了传统拼焊 工艺。然而，激光焊接对拼接的要求也很高。这主要是因为激光的聚焦光斑小，如果拼接的 缝太大或者拼接缝有不平整或不光滑的毛刺等问题，激光焊接过程中就会出现漏光、漏焊、 或者气孔等诸多问题，焊接的质量就会受到严重的影响。这些问题可能导致轧制过程中断 带而使生产中断，严重地影响生产效率和安全。由此可见，拼接过程对激光拼焊有决定性影 响。以往的激光拼焊设备的拼接一般是分几个步骤完成的，先由激光切割、或剪切设备将前 一卷板材的末端与后一卷板材的前端切割或剪切好，再由机械手(亦称夹具)将两个端口 拼在一起，最终由激光将两个端口拼焊在一起，这样就完成了激光拼焊的过程。可见，有两 种组合方式完成激光拼焊，即激光切割与激光焊接组合(德国IDEAL公司的激光拼焊设备 是这种设备的例子)和机械剪切与激光焊接组合(德国MIEBACH公司的激光拼焊设备是这 种设备的例子)的激光拼焊。由于激光切割的端口不很光滑、表面氧化、而且会产生切割波 纹，导致拼焊质量不好，因此激光切割在激光拼焊中的效果不是很好，尤其在板材比较厚的 时候焊接中存在严重的问题。由于剪切的端口一般存在着压力变形，在拼接的过程中也存 在拼接缝漏光或不能对齐的问题，焊接质量也存在严重问题，有时还需要填充焊料进行激 光焊接；在板材比较厚的情况下，剪切的变形更为严重甚至有剪切口小部分是剪切开而大 部分是应力撕开的现象，这种情况下激光拼焊难以进行。
实用新型内容针对原有激光拼焊的弱点，本实用新型的目的是提供一种激光拼焊设备，解决原 有激光拼焊的问题从而使激光拼焊的质量明显地提高。为了实现上述目的，本实用新型采 取的主要措施是在普通激光拼焊设备的基础上增加铣刀(或磨头)及其驱动机构，采用 同一铣刀或者磨头分别或同时将前一卷板材的末端与后一卷板材的前端加工整齐，然后将 这两端拼接在一起，再进行激光焊接。由于板材的两个端头是由同一个铣刀或者磨头加工 (毫无疑问是在同一导轨上运行)出来的，两个端头的拼接几乎是无缝的或者拼接缝很小，通常情况下小于0. 1毫米。这样高质量的拼接缝为激光焊接提供了可靠的保障，最终的激 光拼焊质量也能完全满足生产的要求。本实用新型的其它部分与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，有高功率气体激光器、高功率固体激光器、高功率半导体激光器、高功率光纤激光器 等激光器可供选择。本实用新型的具体工作过程是在激光焊接或板材移动的过程中，用于端头加工 的铣刀或者磨头及其驱动系统下沉至不影响板材运动和激光焊接的位置，当需要对两个端 头进行加工的时候，铣刀或者磨头及其驱动系统上升至适合加工的位置进行加工，在端头 加工完毕后铣刀或者磨头及其驱动系统又下沉至不影响板材运动和激光焊接的位置，等待 下一次加工。此后，拼接和激光焊接自动完成。如此往复循环，就能进行长期工作。很容易看出，尽管本说明书只详细描述了在线激光拼焊的情况，但其基本原则很 容易推广至所有的板材激光拼焊设备。此外，铣刀或者磨头还可以用类似功能的工具替代。
因为本实用新型的激光拼焊设备除了端头加工部位外其它部分与原有的激光拼 焊基本相同，所以附图只说明端头加工和激光焊接的特殊部位。本实用新型的激光拼焊设备的端头加工和焊接部位示意如图1和图2。其中图1 是在激光焊接前铣刀同时加工两端的(当然也可以先后加工两端、但效率不如同时加工两 端)示意图，图2是激光焊接时的示意图。在图1和图2中为了表达简单，我们约定板材的激光拼焊线是从左到右运动，即 左边是后一卷板材的前端，右边是前一卷板材的末端；相应的夹具也是这样约定。(1)是左 边板材的前端，(2)是左边板材的上夹具，(3)是左边板材的下夹具，(4)是激光焊接头，(5) 是铣刀，(6)是右边板材的上夹具，(7)是右边板材的下夹具，(8)是右边板材的末端，(9) 是铣刀切削板材端头的旋转驱动系统，(10)是铣刀升降机构，(11)是铣刀切削板材端头的 水平运动驱动系统，(12)是铣刀的水平运动方向(当然该方向是可逆的)，(13)是激光束， 它只在进行焊接的时候才工作，(14)是激光焊接点，(15)是激光焊接点的移动方向(该方 向也是可逆的)。由于图1是在激光焊接前铣刀同时加工两端的示意图，图2是激光焊接时的示意 图，因此它们有一些共同的地方，也有明显的区别。图1中铣刀(5)及其驱动系统是升上来 的、它位于两块板材两端的中间，正在加工左右两端的板材，两块板材两端还是分开的、正 在被加工而没有被拼在一起，此时没有激光输出，激光没有作用于板材表面。图2中的不同 在于铣刀(5)及其驱动系统是沉下去的，铣刀不需要工作因此与两块板材没有接触，两块 板材已经拼在一起并且正在被激光焊接，此时有激光束输出并进行着焊接，(14)就是其中 的按照(15)的指示方向运动着的激光焊点。在上面的两个图中，铣刀可以由磨头或者其它 类似功能的加工工具替代。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例子如下一个将热轧板激光拼焊后送到轧机进行冷轧的联合生产线，为了保证生产按照人们的预期不停顿的进行，需要在将热轧板一卷接一卷地焊接起来供应到冷轧机。其激光拼 焊的速度要大于冷轧所需要的拼接速度。如果热轧板的厚度为6mm，宽度为1200mm，则采用 一个功率为6kW的射频激励板条二氧化碳气体激光器，其输出激光束通过光学系统传输到 光学聚焦头，以保证激光拼焊的速度和质量。为了使拼接质量达到激光焊接的要求，采用一 个功率为50kW的电机作为铣刀的驱动机构，能在20秒钟内把前一卷板材的末端与后一卷 板材的前端铣整齐。在两端铣整齐之后，板材夹具就将左右两卷板材的两端拼好，激光头就 进行激光焊接，在40秒之内将板材的两端焊接好，这条焊缝就焊接好了。然后，激光拼焊设 备就等待焊接下一条焊缝。这样循环下去就是激光连续拼焊的生产设备。
权利要求1.一种激光拼焊设备，其特征在于在普通激光拼焊设备的基础上增加了铣刀及其驱 动机构。
2.按照权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于将所述铣刀替换为磨头。
3.按照权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于所采用的激光器是气体激光器、 或固体激光器、或半导体激光器、或光纤激光器。
专利摘要一种激光拼焊设备，适用于在冶金、造船、汽车等国民经济支柱产业中将比较小的金属板材焊接成比较大的板材或者将比较短的金属板材或带材焊接成比较长的板材或带材，主要用途是改善焊接质量。本实用新型采取的主要措施是在普通激光拼焊设备的基础上增加铣刀(或磨头)及其驱动机构，采用同一铣刀或者磨头分别或同时将需要焊接的两端加工整齐，然后将这两端拼接在一起，再进行激光焊接。该设备不同与普通拼焊之处是用铣刀或磨头及其驱动机构替代机械剪切或激光切割。由于板材的两个端头是由同一个轨道上运行的铣刀或者磨头加工出来的，两个端头的拼接几乎是无缝的或者拼接缝很小，这样的激光焊接的明显优势是质量得到了的提高。
文档编号B23P23/04GK201871937SQ20102010463
公开日2011年6月22日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者陈清明, 黄昭明 申请人:武汉大族金石凯激光系统有限公司