一种带预平整功能的激光焊接装置的制作方法

本发明属于激光复合焊接技术领域，具体涉及一种用于连续带钢生产线上的带预平整功能的激光焊接装置。

背景技术：

在带钢的连续生产线上，激光焊机应用越来越广泛。但是，激光焊对于钢带的平整度和拼缝缝隙要求比较苛刻；另外，对于碳当量较高的带钢，激光焊缝塑性非常差，生产时极易发生断带事故，生产效率和成材率严重下降。与传统的激光焊相比，激光-电弧复合焊接具有大焊接熔深、高工艺稳定性、高焊接效率、较强的焊接间隙桥接能力和小焊接变形等优点，能够大幅提高焊接效率和焊接质量；同时，通过融化电弧焊丝，可以调节焊缝中碳当量，优化焊缝组织和性能。

激光-电弧复合焊接过程中，为保证焊接质量，电弧焊枪的轴线和激光束的中心线的交点相对于带钢上表面的位置保持不变。实际生产中，带钢的厚度变化以及带钢平整度很差的话，都会使上述的相对位置发生变化。

因此有必要设计一种带预平整功能的激光复合焊接头系统，以克服上述问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种带预平整功能的激光焊接装置，能够改善焊接过程中带钢不平整或者整体上翘对焊接质量的影响，提高焊缝质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种带预平整功能的激光焊接装置，包括焊接机构、预平整机构、用于控制焊接机构和预平整机构在水平方向上移动的水平机构以及用于控制焊接机构和预平整机构在竖直方向上移动的升降机构；所述预平整机构和所述焊接机构均与所述升降机构连接，所述升降机构与所述水平机构连接，所述升降机构的顶部设有位置调整机构。

进一步地，所述升降机构包括升降液压缸和液压缸导向单元，所述升降液压缸的上活塞杆与所述位置调整机构连接，所述升降液压缸的下活塞杆与液压缸导向单元连接，所述升降液压缸的缸体通过固定板与所述水平机构连接；所述液压缸导向单元通过连接板分别与所述焊接机构和所述预平整机构连接。

更进一步地，所述位置调整机构包括调整液压缸、调整斜锲、挡块和调整斜锲座，所述调整液压缸的活塞杆与所述调整斜锲铰接，所述调整斜锲座通过固定板与所述水平机构连接，所述挡块与所述升降液压缸的上活塞杆顶部固定连接。。

更进一步地，所述升降液压缸的上活塞杆从所述调整斜锲座和调整斜锲中心穿过，所述调整斜锲与调整斜锲座的斜锲面相配合。

进一步地，所述预平整机构包括上平整轮、下平整轮以及用于驱使所述上平整轮和所述下平整轮弹性夹紧带钢的弹性单元。

更进一步地，所述预平整机构还包括上平整轮固定座和上平整轮活动座，所述上平整轮固定座的一端与所述升降机构连接连接，另一端通过弹性单元与所述上平整轮活动座连接；所述上平整轮活动座与所述上平整轮铰接；所述下平整轮与所述水平机构连接。

更进一步地，所述弹性单元包括弹簧和弹簧导向杆，所述弹簧套设于所述弹簧导向杆上；所述弹簧的一端抵在所述上平整轮固定座上，另一端抵在所述上平整轮活动座上；所述弹簧导向杆的一端与所述上平整轮活动座滑动连接，另一端与所述上平整轮固定座固定连接。

进一步地，所述上平整轮活动座通过连接杆与所述上平整轮铰接，所述连接杆朝向所述焊接机构侧且向下倾斜设置。

进一步地，所述焊接机构包括激光-电弧复合焊接头和激光焦点调节单元，所述激光-电弧复合焊接头包括激光头和电弧焊枪头，所述激光头与所述激光焦点调节单元连接；所述激光焦点调节单元、所述激光头和所述电弧焊枪头均与所述升降机构连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置通过预平整机构在焊前对带钢进行碾压，可以改善焊接过程中带钢不平整或者整体上翘对焊接质量的影响，提高焊缝质量；

（2）本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置通过激光焦点调整单元可以根据焊接工艺需要单独调节激光焦点到带钢表面的距离；

（3）本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置可以使电弧焊枪的轴线和激光束的中心线的交点相对于带钢上表面的位置保持不变，能够适用于不同厚度的带钢的焊接；

（4）本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置的预平整机构和焊接机构共用升降机构和水平机构，预平整机构不用设置单独的驱动机构，成本低廉，易于维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置的处于上升初始位时的结构示意图；

图2为本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置的处于无带钢压紧位置时的结构示意图；

图3为本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置的处于有带钢压紧位置时的结构示意图；

图4为本发明提供的带预平整功能的激光焊接装置的处于有带钢压紧位置时的局部结构放大图；

图中：1、激光-电弧复合焊接头，11、激光头，12、电弧焊枪头，2、激光焦点调节单元，21、驱动电机，22、导向导轨，3、升降机构，31、升降液压缸，33、液压缸导向单元，35、连接板，4、预平整机构，41、上平整轮，42、下平整轮，43、上平整轮活动座，44、上平整轮固定座，45、弹性单元，46、连接杆，5、位置调整机构，51、调整液压缸，52、调整斜锲，53、挡块，54、调整斜锲座，6、带钢，7、水平机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本实施例提供一种带预平整功能的激光焊接装置，包括焊接机构、预平整机构4、用于控制焊接机构和预平整机构4在水平方向上移动的水平机构7以及用于控制焊接机构和预平整机构4在竖直方向上移动的升降机构3；所述预平整机构4和所述焊接机构均与所述升降机构3连接，所述升降机构3与所述水平机构7连接，所述升降机构3的顶部设有位置调整机构5。本实施例提供的带预平整功能的激光焊接装置通过预平整机构4在焊前对带钢6进行碾压，可以改善焊接过程中带钢6不平整或者整体上翘对焊接质量的影响，提高焊缝质量；且预平整机构4和焊接机构共用升降机构3和水平机构7，预平整机构4不用设置单独的驱动机构，成本低廉，易于维护。

进一步地，如图1-图3所示，所述升降机构3包括升降液压缸31和液压缸导向单元33，所述升降液压缸31的上活塞杆与所述位置调整机构5连接，所述升降液压缸31的下活塞杆与液压缸导向单元33连接，所述升降液压缸31的缸体通过固定板与所述水平机构7连接；所述液压缸导向单元33通过连接板35分别与所述焊接机构和所述预平整机构连接。作为一种实现方式，如图1-图3所示，液压缸导向单元33包括液压缸导向杆和固定座，液压缸导向杆的顶部与升降液压缸31的下活塞杆铰接，底部与连接板35连接；液压缸导向杆滑动设置于固定座中，固定座与水平机构7连接。

更进一步地，如图1-3所示，所述位置调整机构5包括调整液压缸51、调整斜锲52、挡块53和调整斜锲座54，所述调整液压缸51的活塞杆与所述调整斜锲52铰接在一起，所述挡块53与所述升降液压缸31的上活塞杆固定连接，所述调整斜锲座54通过升降液压缸31的缸体与所述水平机构7连接。升降液压缸31的上活塞杆依次从调整斜锲座54和调整斜锲52中穿过，调整斜锲52和调整斜锲座54的斜面相配合，调整液压缸51的活塞杆伸出缩回时，可以带动调整斜锲52在调整斜锲座54中左右运动，从而改变斜锲上表面的高度，最终实现焊接机构和上平整轮41位置的调节。

如图1-图4所示，当所述升降液压缸31活塞杆升降时，升降液压缸31通过液压缸导向单元33可以带着连接板35一起上下运动，焊接机构以及上平整轮41也一起上下运动；当升降液压缸31做上升运动时，上活塞杆可以完全伸出；当升降液压缸31做下降运动时，由于升降液压缸31的上活塞杆与挡块53固定在一起，液压缸的下活塞杆只能伸出到挡块53的下表面与调整斜锲52的上表面贴合的位置。

进一步地，如图1-3所示，所述预平整机构包括上平整轮41、下平整轮42以及用于驱使所述上平整轮41和所述下平整轮弹性夹紧带钢的弹性单元45。本实施例通过弹性单元使上平整轮41和下平整轮42弹性夹紧带钢6，在焊前对带钢6进行碾平，改善带钢拼接后焊接前的平直度和错边情况，提高焊缝质量。本实施例中下平整轮42位于上平整轮41的正下方，用于支撑带钢6和上平整轮41；焊接时，下平整轮42的上表面与带钢6的下表面接触，上平整轮41的下表面与带钢6的上表面接触。作为一种实现方式，本实施例中水平机构可以采用液压缸或者其他形式驱动。

更进一步地，所述预平整机构还包括上平整轮固定座44和上平整轮活动座43，所述上平整轮固定座44的一端通过连接板35与所述升降机构3连接连接，另一端通过弹性单元45与所述上平整轮活动座43连接；所述上平整轮活动座43与所述上平整轮41铰接；所述下平整轮42与所述水平机构连接。焊接时，下平整轮42的上表面与带钢6的下表面平齐。升降液压缸31下降时的压力大于所述弹性单元45的压并力，使得弹性单元45能够被压缩。

更进一步地，所述弹性单元45包括弹簧，所述弹簧的一端与所述上平整轮固定座44接触，另一端与所述上平整轮活动座43接触。本实施例利用弹簧被压缩产生的反力碾压带钢6，可以适用于不同厚度的带钢6。更进一步地，所述弹性单元45还包括弹簧导向杆，所述弹簧套设于所述弹簧导向杆上；所述弹簧导向杆的一端与所述上平整轮活动座43滑动连接，另一端与所述上平整轮固定座44固定连接。本实施例中上平整轮活动座43可以沿弹簧导向杆相对于上平整轮固定座44上下运动，压缩或者释放弹簧；同时弹簧导向杆的使用可以保证上平整轮41和下平整轮42始终上下对应。

优化上实施实施例，所述弹簧未被压缩时，所述上平整轮41的下表面低于焊接平面。当上平整轮41和下平整轮42运动至带钢6上下方时，弹簧受到向上的力被压缩使带钢6夹于上平整轮41和下平整轮42之间。

进一步地，所述上平整轮活动座43通过连接杆46与所述上平整轮41铰接，所述连接杆46朝向所述焊接机构侧且向下倾斜设置，使上平整轮41靠近焊接中心，以提高带钢预平整效果。

进一步地，如图1所示，所述焊接机构包括激光-电弧复合焊接头1和激光焦点调节单元2，所述激光-电弧复合焊接头1包括激光头11和电弧焊枪头12，所述激光头11与所述激光焦点调节单元2连接；所述激光焦点调节单元2、所述激光头11和所述电弧焊枪头12均与所述升降机构连接。激光-电弧复合焊接头1、激光焦点调节单元2和预平整机构4都固定在连接板35上。本实施例通过激光焦点调节单元2单独调节激光焦点到带钢表面的距离，还可以调节使电弧焊枪的轴线和激光束的中心线的交点相对于带钢6上表面的位置保持不变，可以适用于不同厚度的带钢6的焊接。作为另一实施方式，所述焊接机构也可以采用激光焊接、电弧焊接等焊接方式中的任意一种，也可以为两种以上的焊接方式的组合。

如图1所示，本实施例中的激光焦点调节单元2包括驱动电机21、传动丝杠、滑块和导向导轨22，驱动电机21的输出轴与传动丝杠传动连接，滑块滑动设置于导向导轨22上，滑块与传动丝杠通过螺纹连接，滑块与激光头11连接。通过驱动电机21的旋转带动传动丝杠运动，继而带动滑块上下运动实现激光头11上下移动，调节激光焦点与带钢6表面的相对位置。

本实施例中，在预平整机构4的弹性单元45的未被压缩时，上平整轮41的下表面低于焊接平面n，n可以通过所需的预平整力f除以弹性单元45的刚度p算出。

使用本实施例提供的激光复合焊接装置时，当处于非焊接状态时，如图1所示，升降液压缸31上升，带着激光-电弧复合焊接头1、激光焦点调节单元2和上平整轮41处于上升初始状态，可以保证升降机构3和下平整轮42在水平机构的带动下沿带钢宽度方向移动时，焊接机构和上平整轮41不与激光焊机的其他机构相干涉。

优化上实施实施例，如图2所示，没有带钢6时，通过调节调整液压缸51活塞杆伸出的长度，调整调整斜锲52上表面的高度，使升降液压缸31下降后带动预平整机构4中弹性单元45的压缩量为n，将此时调整液压缸51活塞杆伸出的位置标定为0。

优化上实施实施例，如图3所示，有厚度为t的带钢6时，如果调整斜锲的斜度为1:m，这时，将调整液压缸51的活塞杆相对于0位置伸出t*m，升降液压缸31下降后如图4所示，调整好电弧焊枪头22的角度a，光丝间距l和焊枪距带钢6上表面的距离h。

当带钢6的厚度变化时，如厚度为t1，将调整液压缸51的活塞杆相对于0位置伸出t1*m，升降液压缸31下降后，电弧焊枪头22的角度a，光丝间距l和焊枪距带钢6上表面的距离h都不会发生变化，同时，可以独立的转动驱动电机21，调整激光头11的高度，根据带钢6的厚度t1选择激光焦点距带钢6上表面合适的位置，从而保证稳定的焊接工艺和质量。

上述标定和调整完成后，下面以厚度为t的带钢6为例详述本发明的实施过程：

a.如图1所示，升降液压缸31上升，带着激光-电弧复合焊接头1、激光焦点调节单元2和上平整轮41处于上升初始状态，焊接机构、预平整机构4以及升降机构3随水平机构移动到带钢6的左侧边缘以外；

b.将调整液压缸51的活塞杆相对于0位置伸出t*m，调整斜锲52上表面上升t，升降液压缸31下降，挡块53下表面与调整斜锲52上表面贴合在一起，这时弹性单元45有n-t的压缩量，如果n-t为负数，表示上平整轮41和下平整轮42之间有t-n的间隙，电弧焊枪头22的角度为a，光丝间距为l，焊枪距带钢6上表面的距离为h，同时，可以独立的转动驱动电机21，调整激光头11的高度，根据带钢6的厚度t选择激光焦点距带钢6上表面合适的位置，从而保证稳定的焊接工艺和质量；

c.激光-电弧复合焊接头1、激光焦点调节单元2、升降机构和预平整机构4随水平机构沿焊接方向由左向右移动；移动过程中，上平整轮41和下平整轮42先接触到带钢6，由于升降液压缸31的下降时的压力大于预平整机构4中弹性单元45的压并力，所以上平整轮41和上平整轮活动座43逐渐上升压缩弹性单元45，当上平整轮41完全碾压到带钢6上后，弹性单元45的压缩量变为n，系统继续移动，上平整轮41和下平整轮42就会以弹性单元45的压缩量n的平整力对带钢6进行平整，保证焊接时带钢6的平整度，并且可以防止带钢6上翘所引起的电弧焊枪头12与带钢6上表面距离h变化；

d.水平机构继续移动，当电弧焊枪头12到达带钢6左侧边缘时开始起弧，当激光头11到达带钢6左侧边缘时激光开启，激光和电弧产生相互作用，将带钢6焊接在一起；当电弧焊枪头12离开带钢6右侧边缘时关闭电弧，当激光头11离开带钢6右侧边缘时关闭激光，此时已将带钢6完全焊接在一起，焊接完成；由于整个焊接过程中，升降液压缸31一直给下降的压力，挡块53下表面与调整斜锲52上表面一直贴合在一起，并且上平整轮41和下平整轮42以弹性单元45的压缩量n的平整力对带钢6预先进行平整，所以，焊枪距带钢6上表面的距离h一直保持不变，带钢6的平整度也非常好，焊接质量稳定可靠；

e.升降液压缸31上升，带着激光-电弧复合焊接头1、激光焦点调节单元2和预平整机构4处于上升初始状态，焊接机构、预平整机构4以及升降机构3随水平机构移动到带钢6的左侧边缘以外，准备进行下一轮带钢的焊接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。