专利名称：多光束激光焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用激光沿缝线将两个或更多个板坯焊在一起的方法和装置，特别是涉及一种调整缝线上的激光束能的聚焦强度和/或焊接时间以补偿待焊坯边部间距离变化的装置。
背景技术：
当今，生产中常必须要求将两个或更多个金属板坯焊在一起制成各种工件组件。在制成工件组件的过程中，更经常地用激光沿缝线将板坯的对接边部焊接起来。
迄今为止，传统的激光焊接装置都有这样的缺点，即将坯焊在一起的激光的应用，要求板坯边部预精加工，具有镜面光滑的表面粗糙度。坯边部预处理要求一直在很大程度上是工业界不愿在焊接板坯的连续缝焊工艺中使用激光焊接装置的主要原因。
传统的激光装置还有如下缺点，即，为了确保形成完美焊接和避免对接焊缝出现镰刀弯，必须确保沿焊缝整个长度金属板坯的邻近边部间精确对接接触。保证焊接时板坯精确接触的必要性，作为必须确保焊接前坯处于精确对接位置的结果，不利地导致了工件生产工时的增加。发明概述本发明人很高兴已有了用于将金属板坯对焊在一起的一种改进装置，它装有钇铝柘榴石(YAG)激光器，并且在1996年1月15日提出的加拿大专利申请No.2,167,111中公开了这种装置的操作。已发现在板坯间存在达到0.1mm间隙的情况下，使用钇铝柘榴石激光器把板坯对焊在一起有利于生成不带镰刀弯的焊缝。
然而，本申请人清楚，要是有一种可以有效对焊由大间隙分开的板坯的装置，这样，因焊前需要较少精确定位和板坯的边部精加工，就会更加便于工件生产。而这只会增加生产的时间，降低板坯的生产成本。
为至少部分地克服当前技术的缺点，本发明提供一种工业生产过程使用的焊接装置，它可操作而发射能束或离子束(以下统称能束)，从而沿缝线将坯等焊在一起。用于焊接坯的能束优选由两个或两个以上相干光源的多光束构成。该装置包括一个有选择地改变多光束相对缝线的取向的机构。
本发明的另一个目的是提供一种用于将两个或更多个分开间隙大于等于0.25mm的板坯的邻近边部对焊在一起的装置。
本发明的另一个目的是提供一种不需要坯边部预精加工而用激光将两个或更多个坯焊在一起的装置。
本发明还有一个目的是提供一种将工件坯焊在一起形成一个组合工件但并不要求焊接前坯料精确对齐和定位的装置。
本发明的另一个目的是提供一种用于将有不同厚度的板坯的邻近边部焊在一起的装置。
本发明还有一个目的是提供一种用激光沿缝线将两个或更多个板坯对接焊在一起的装置，并且这个装置自动探测板坯邻近边部间的距离，补偿激光能束的移动速度和/或位置和/或功率，以确保跨越邻近部的有效焊缝的生成。
本发明的另一个目的是提供一种适合沿直线，非直线或曲线焊缝焊接金属板坯邻近部的激光焊接装置。
为达到至少部分所述目的，本发明包括一种用于将两个或与更多个板坯邻近边部焊在一起的焊接装置。该焊接装置构造得能发射由二、三或更多束能束组成的多束或复合能束。优选用于沿缝线将板坯焊在一起的能束为激光束或相干光源，然而，本发明采用诸如离子束或电子束等类似的其它能束也是可以的，并且以类似方式工作。
构成复合能束的相干光源或激光束分别在焦点区或焦斑处向将被焊在一起的坯的一个部分聚焦。每一激光束的焦点区都有一个光心，其中至少两束构成复合光束的激光束(即一个第一激光束和一个第二激光束)的光心是分开或相互错位的。
第一和第二激光束的分开的光心向复合光束提供沿光心取向的束能或束能强度分布。因此可以说每个激光束的光心都确定复合光束延长的焦点线的一端。
激光能的复合光束从可在工件坯上移动的激光头发射出。该装置还包括改变复合光束每单位面积上光强度的机构。例如，优选激光头安装成可旋转的，以便相对焊坯邻近的边部移动复合光束的焦点线。光束可在其中焦点线基本上定位于垂直坯的邻近边部的位置和其中焦点线基本上取向为与待焊工件的邻近边部对齐的位置间移动。
其它合适的改变每单位面积上光束强度的机构也可包括用于改变激光头在缝线上方移动速度的驱动机构，或用于改变激光束输出功率的功率调整器。
构成复合光束的相干光源可以是例如包括CO2激光的几乎任何类型的激光束。然而更优选地采用钇铝柘榴石(YAG)激光等高能激光来焊接坯料。
优选装置中激光头可移动，用以沿预定的或探测到的直线和/或曲线路径相对板坯移动复合光束。由此可以激发激光，并且激光头沿其探测到的/预定的路径移动，沿缝线将板坯的邻近边焊在一起。
更优选地，该装置包括用于探测焊坯的对接边部间距离的探测机构。设一个微处理机控制单元以针对缝线根据探测到的距离而旋转激光头或光导纤维连接器。以这种方式，复合光束可被选择地旋转而移动焦点线。针对将要焊接的缝线的部分，焦点线可被旋转到预设的取向，例如，位于或者在一个垂直于坯的对接边部位置和一基本上在其上对齐的位置之间的取向。
如果焊接的坯的对接边部间有间隙，就使复合光束定位，使每个第一和第二激光束的光心位于每个坯的各自的边部，从而使复合光束的焦点线跨在间隙上。这种布置提供了横跨间隙的最大的激光能分布，使熔融金属最多地填充进坯的边部间隙中。
如果要焊接的坯的对接边部间没有间隙，就可旋转激光头，使复合光束布置成其焦点线贴近缝线或与之成一线。在这一位置，激光能沿要形成的焊缝线聚焦。这就有利地沿缝线集中了激光能强度，并且减少了形成完整焊缝所需的时间，使得能以较高焊接速度生产出成品坯。
更优选地，坯上方激光头的移动速度的控制顾及到坯邻近部间距离的大小和/或复合光束的焦点线相对于要形成的焊缝的取向。如所显示的，如果需要，能束的功率输出也可按任何探测到的坯的对接边部间的距离改变。以这种方式，当能束的焦点线跨在任何间隙上时，可提供较高能量输出，而当焦点线与焊缝对齐时，使用较低的束能。
因此，一方面，本发明涉及一种用于沿缝线将两个工件坯的邻近边部焊在一起的装置，它包括发射复合光束以沿所述缝线将所述坯焊接在一起的激光设备，
所述复合光束包括一个第一激光束和一个第二激光束，每个所述第一和第二激光束在有一个光心的各自焦点区向所述焊坯的一个部分聚焦，其中，所述第一和第二激光束的光心互相错位并且每个光心都确定所述复合光束的焦点线的一端，用于选择旋转所述激光设备的旋转设备，这个旋转设备相对于所述坯的所述部分在所述焦点线基本取向为垂直于所述缝线的所述部分的一位置和所述焦点线基本取向为与所述缝线的所述部分对齐的一位置之间移动所述焦点线。
另一方面，本发明涉及一种用于沿缝线将两个板坯的对接部焊在一起的激光装置，这个激光装置包括一个激光头，它可操作地发射激光能，以沿缝线将所述坯焊在一起，用于旋转激光头并相对所述缝线改变所述激光能取向的旋转装置，其中，所述激光能包括由至少两束错位激光束构成的多光束。
再一方面，本发明涉及一种如权利要求15所述的方法，其中，所述装置还包括用于探测坯对接部间距离的探测装置，和其中，所述方法还包括在移动所述焦点线之前，沿所述被焊坯的所述部分探测坯的邻近部间距离的步骤，和其中，所述焦点线的预设定位置由探测到的坯邻近部间的距离决定。
另一方面，本发明涉及一种沿缝线将两个工件坯的邻近边部焊在一起的装置，这个装置包括用于发射复合能束沿所述缝线将所述坯焊在一起的装置，所述复合能束包括第一能束和第二能束，每个所述第一和第二能束在有一个光心的各自焦点区向所述焊坯的一个部分聚焦，其中，所述第一和第二激光束的光心互相错位，并且每个光心都确定所述复合能束的一焦点线的一端，用于探测坯的邻近边部间任何距离的探测装置，和用于改变每单位面积光束强度的装置，该装置从下述装置中选择用于选择旋转所述发射复合有束的装置的旋转装置，这个旋转装置相对于所述坯的所述部分在所述焦点线基本取向为垂直于所述缝线的所述部分的一位置和所述聚点线基本取向为与所述缝线的所述部分对齐的一位置之间移动所述焦点线，用于移动沿所述缝线发射所述复合能束的驱动装置，这个驱动装置可根据探测到的坯的邻近边部间的距离改变所述激光束的移动速度，以及根据探测到的坯的邻近边部间的距离而改变复合能束能量输出的功率调节装置。附图简介本发明的进一步的目的和优点可从参照附图进行的以下说明中明了，附图中
图1是根据本发明的用于制成组合工件的生产装配线的俯视示意图；图2是用于图1生产装配线的激光焊接头的侧视示意图；图3显示图1生产装配线中取自3-3截面，表示使用激光焊接板坯的激光焊接装置；图4是根据本发明第一个实施例的复合激光束的强度曲线图；图5是图4所示的复合激光束曲线图的激光束焦点区的平面示意图；图6是图4所示的复合激光束的激光束焦点区平面图，其中复合光束取向为其焦点线位于与焊坯的对接部相垂直的位置；图7是图4所示的复合激光束的激光束焦点区平面图，其中复合光束取向为其焦点线位于与焊坯的对接部对齐的位置；以及图8和图9示意显示根据本发明的又一个实施例，与图1所示的激光一起使用的一个相干光源束的激光束焦点区。
发明详述现参见图1，其中示出用于同时生产两个组合工件12a、12b的生产装配线10。如图所示，装配线10中，自动真空提升机18a、18b用来从各自的供料台架移送金属板坯对14a、16a和14b、16b。每个自动提升机18a、18b都适于将坯对14a、16a和14b、16b分别移送到用来沿装配线10运送坯14a、16a、14b、16b和成品工件12a、12b的运输系统20上。运输系统20包括三套长条状的磁力分级运输机22、24、26，这些运输机22、24、26可用来沿箭号28所示的纵向移送坯对14a、16a和14b、16b以及工件12a、12b。如图1所示，由每套运输机22、24、26组成的磁力分级运输机按两两平行且与其余运输机也平行的方式布置。须知，其它的运输机布置形式也是可以的。
如下所述，第一套运输机22用于坯14a、16a和14b、16b在生产线10上的最初定位以及把放置好的坯14a、16a和14b、16b运送到第二套运输机24上。
运输机24是激光焊接站32的一部分，在激光焊接站32中，坯14a、16a和14b、16b的邻近的边部由钇铝柘榴石(YAG)激光器36沿缝线焊接在一起。因此，运输机24是用来将未焊接的坯14a、16a和14b、16b移送到焊接位置，然后又将焊好的工件12a、12b运送到第三套运输机26上。
第三套运输机26用来将焊好的组合工件12a、12b运送到自动真空提升机38a、38b处，提升机38a、38b将工件12a、12b提升到输出台架上。
如图1所示，生产线10配置为由一单个激光器36同时生产两个焊好的工件12a、12b。如图1至3所示，YAG激光器36包括一个用于发出二个相干光源或激光束的相干光源发生器40，一个可移动激光头组件42(图2)和一个与发生器40和激光头组件42光学连接的光导纤维联接器44(图1和图3)。光导纤维联接器44由二根光导纤维电缆组成的电缆束构成(未示出)。发生器40发出的二相干光源能因而通过各自的光导纤维电缆传给激光头组件。
图2最佳显示出激光头组件42，它包括发光激光头46，激光能就从这里发出。如所公开的，激光能包括由二相干光源组成的复合能束。组件42还包括可旋转地装有激光头46的支承48，以及用于在支承48上转动激光头46的驱动马达52。激光头组件42可预定运动程序，但优选具有微处理机控制的缝隙跟踪传感器49(图2)。传感器49探测每对待焊板坯14a、16a和14b、16b的邻近边部之间的距离。传感器49可以包括例如把一束相干光向下射向板坯的邻近部的另一个独立的相干光源以及用于探测从板坯反射回来的光的观察器或光学传感器。按探测不到反射光，观察器或光学传感器49可用以提供表示板坯对接边部之间距离的数据。更优选地，传感器49用来跟踪缝线34，并且向驱动马达52和64以及门式自动机54发出控制信号，以便激光头42自动定位，从而把复合光束30指向焊缝。
图1最佳显示出激光器36整个装在壳50中。壳50有信箱型入口门和出口门51、53。入口门和出口门51、53是开着的，以允许坯14a、16a和14b、16b和工件12a、12b移出和移入壳50。入口门和出口门51、53在焊接作业时关闭，目的是光学隔离激光器36且挡住任何可能伤害眼睛的YAG激光能。
壳50中装有用于在焊接作业时将板坯14a、16a和14b、16b保持在固定的对焊位置的夹持装置60。尽管多种夹持装置都是可行的，但优选每个夹持装置60包括一个申请人在1997年7月12日公开的加拿大专利申请No.2,167,111中的那种磁力夹持单元。
整个激光头组件42按两轴水平移动构形。组件42可通过门式自动机54，在运输机24和坯14a、16a和14b、16b上方沿成对的高架支承和从属支承56a、56b在第一水平方向移动。激光头组件42通过门式自动机54沿安装在高架支承56a上的轨道58(图3)在第一方向移动。每个支承对56a、56b还可在平行分开的端支承62a、62b上沿与第一方向直交的第二水平方向滑动。
每个端支承62a、62b又可移动地支承平行支承56a、56b的端部。伺服驱动电机64(图1)设于支承65a端部且与沿支承62a一端延伸的轨道66接合。激光头组件42沿支承56a、56b的移动以及在端支承62a、62b上支承56a、56b的移动，允许激光头46沿任何水平方向在坯14a、16a和14b、16b上方移动。此外，优选激光头42可以靠例如齿条和小齿轮提升驱动机构或气动滑动装置68(图2)垂直移动，从而允许激光头42沿全部三维轴向移动，向装配线10提供高适应性。须知，靠这种结构，激光器36不仅可用来沿预编程的直线焊缝将工件14a、16a和14b、16b焊接在一起，而且还可沿弯曲焊缝将多种不同工件焊接在一起，无需板坯的大量的预设定及预定位。
在焊接作业中，二相干光源从相干光源发生器40中发出。相干光源通过联接器44中相应的纤维光缆传播到激光头42，并且从那里传向待激光焊接的缝线34。两个激光束就这样作为一个复合激光束30从激光头42发射出，焊接坯14a、16a和14b、16b的邻近边部。
图4显示了由两个实际上不重叠的激光束B1、B2构成的复合光束30的能量曲线图。图5最佳示出在待焊工件14、16表面的两个激光束B1、B2的发散或焦点区FA1、FA2。每个激光束都分别有一个光心C1和C2，以及一个选择在约0.2mm和1mm之间，更优选为约0.6mm的在工件上的发散半径。光心C1、C2相互错开约0.1mm～3mm，更优选为约1.2mm的距离D1(图4)。每个光心C1、C2确定复合光束30的焦点线L1(图5)的一端，复合激光束30沿此光束能量分布延长方向传播。
操作装配线10时，组件板对14a、16a和14b、16b顺序地由自动真空提升机18a、18b从各自的供料台架移来。坯对14a、16a和14b、16b被定位在平行的磁力喂料运输机22上。自动真空提升机18a、18b用来通过一套初始条件检查程序分别移送每个组件板14a、16a；14b、16b。条件检查程序确保喂料运输机22上各板的正确就位，且涉及滑动板坯14、16，使其顶在几组可收缩定位销72(图1)上，确保板坯固定在要求的初始位置上。
真空提升机18a、18b靠具有可变抽吸压力的抽吸杯工作。开始时，自动提升机18在高真空压力下工作，先拾起板坯14a、16a和14b、16b，以便从供料台架上拾起每个板坯时牢固保持住板坯。当板坯移动到合格流程时，抽吸压降低。降低的抽吸压力选定好，为的是在允许坯相对于抽吸杯横向滑动的同时，板坯14a、16a和14b、16b连续被各自提升机18a、18b的真空力保持住。板坯14a、16a和14b、16b的边被移至顶住定位销72，以确定运输机22上板坯14、16在要求的初始位置。在板坯14a、16a、14b、16b初始合格定位后，真空提升机18a、18b停止抽吸，彻底放下各板，并且定位销72缩到运输机22表面底下，允许板22被运送到无阻碍的壳50中。
初始合格后，板坯对14a、16a、14b、16b被送入壳50中激光焊接。坯14a、16a和14b、16b通过壳信箱或滑门51从运输机22移送到运输机24上。壳50起着激光器工作间作用，且提供附加的安全性，由此操作者被室屏蔽而免受坯激光焊接时发射的激光能的伤害。
运输机24再将坯14a、16a、14b、16b移送到磁力作用夹紧板坯对14a、16a和14b、16b的磁力夹紧装置60处。坯对14a、16a和14b、16b被定位在各自的夹紧装置60中，因此使它们待焊接在一起的邻近边部大致处于对接关系。尽管最好把工件坯14a、16a、14b、16b定位，使它们待焊接的邻近边部沿整个缝线34长度精确对头接合，但激光器36可很好地进行邻近边部之间具有多到0.3mm的间隙情况下的焊接操作，而不产生凹形的最终焊缝。
夹紧后，激发激光器36，从激光头42发射出复合激光束30。使激光头42定位，从而每个激光束B1、B2或邻近光源在坯对14a、16a、14b、16b之一的表面上被聚焦在各自焦斑或焦点区FA1、FA2。邻近光源的焦点是这样，使激光束B1、B2的发射或焦点区FA1、FA2具有大约1.2mm的平均直径。对激光束B1、B2进行取向，使每个激光束B1、B2的光心C1、C2与另一个分开1.2mm的距离。
为焊接坯，激发相干光源发生器40，从激光头46发射出复合光束30，而它首先沿坯14a、16a的缝线34移动，然后沿坯14b、16b的缝线34移动。激光头46靠支承56a、56b和62a、62b上由门式自动机54及伺服驱动电机64驱动的激光头组件42的移动而移动；还通过它在支承48上靠驱动电机52造成的旋转来移动。
激光器36沿缝线34焊接各个坯对14、16的情况在图6和7中清楚示出，这些图示出了待焊坯14、16邻近边部的放大图。当激光头46沿每个缝线34按箭头79方向移动时，传感器49连续探测板坯14a、16a、14b、16b对接边部之间的距离，并且向微处理机控制单元发信号。如果探测到工件坯14、16邻近边之间的较大间隙，如图6所示实例，微处理机控制单元就启动电机52，旋转激光头46，因此复合光束30的焦点线L1就大致向缝线34和激光头运动的横向延伸，垂直于焊接板坯14、16的邻近边部的部分。同时，微处理机控制单元向门式自动机54和伺服驱动电机64发信号，减缓缝线34上面的激光头46的水平运动。这样，形成了为确保形成完美的焊缝而增加激光能在板坯14、16的对应部分的停留时间的激光头46的慢速移动。
如果需要，激光头46运动的同时，发生器40的功率输出可改变，以便当焦点线L1位于与缝线34横交时，增大复合光束30的输出功率。光束30增大了的功率因此补偿仅一个激光束B1、B2的焦点区分别照射到每个工件16、14的情况。
每个金属板坯16、14上的每个激光束B1、B2的能量分别穿透金属板坯16、14的边部。坯14、16金属汽化产生的蒸汽压力使液态金属在光束边缘悬浮，直至激光头46沿焊缝通过。每个坯边部的液态金属流入分开坯14、16的缝隙并且固化而形成一条自焊的，充分焊透的对接焊缝。
当激光头46沿缝线34移动，并且当传感器49探测到在坯14、16的对接边部间存在较小的或没有间隙时，如图7所示，微处理机控制单元就启动电机52旋转激光头46，以使复合光束30的焦点线L1在缝线34的上方与之方向一致，处于图7所示位置。在此取向，两激光束B1、B2的能量沿缝线34聚焦。达到复合光束30使金属汽化需要较短停留时间。照此，微处理机控制单元优选启动门式自动机54和伺服驱动电机64，增大激光头46在缝线34上方的水平移动速度，提高工件生产率，和/或降低输出复合光束30的光强。
须知，如果间隙大小介于最大允许间隙和无间隙之间时，微处理机控制单元就启动电机(或其它驱动机如气缸)52来旋转激光头46，并且将复合光束30的焦点线L1移动到一个相对于坯14、16的邻近边部倾斜延伸的位置。
在坯对14a、16a和14b、16b焊接成工件12a、12b后，工件在运输机24上移动，通过出口门53而到达运输机26上。运输机26将焊好的工件12a、12b移送到卸载站，在那里卸载自动机38a、38b将工件12a、12b放置在卸货箱74a、74b中(图1)。
尽管本发明的优选实施例公开的是靠旋转激光头46改变复合光束30的焦点线L1的位置，但是，本发明并不受此局限。如果需要，激光头46可以有二、三、四或更多个形成一束的可选择激活的纤维光缆，每束光纤都提供邻近能源。以这种方式，通过选择发射两个或更多个来自纤维光缆束的邻近光源，复合光束30的焦点线L1的取向可以几乎瞬时改变。
同样，尽管图4至7评述了由两个不相重叠的邻近光源组成的复合光束30，本发明并不受此局限。例如，复合光束可以包括二、三或更多个有相重叠或不相重叠构形的能线图的激光束。
图8和9显示的是另一个实施例，其中同样标号用来表示同样部件。在所示实施例中，多达七个邻近光源B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7可被从七个纤维光缆(未示出)构成的纤维光束中选择发射，形成复合光束30，光束中纤维光缆间的转换可以，例如，通过选择发生器40中独立激光能源的激活与不激活或通过对透镜或其它聚焦器械的选择定位来实现。
使用中，如果坯14、16的邻近边部间有较大间隙存在，如图8所示，光源B1、B3、B4、B5和B7就被同时激活。这就有效提供了一个在沿焦点线L1和L2的两个方向延伸的复合激光束30。如图8所示，复合光束30的焦点线L1、L2因此沿与缝线34及激光头42运动方向倾斜的方向延伸。横向取向的光束能由此进一步向板坯14、16的边部聚焦。而且，微处理机控制单元可用来向门式自动机54和伺服驱动电机64发信号，减慢缝线34上方激光头46的运动，和/或增大输出激光束的输出功率。
如果坯14、16的邻近边部如图9所示呈紧密对接接触，光源B2、B4、B6就作为复合光束30被发射。如图9所示，复合光束30因此具有一个与缝线34对齐的单个焦点线L1。正如图7所示的复合光束一样，激光能由此沿缝34聚焦并且激光束实现对接焊需用的停留时间就较短。微处理机控制单元因此可用来以上文所述方式提高缝线34上激光头42沿箭头79方向的运动速度。
此外，如果需要，纤维光学系统可被选择激发，以便提供或者与复合光束30的焦点线L1对齐或者偏离其中心的一个或多个激光束。在这方面，如图8所示，激光束B2可用来部分地预先汽化分开的待焊板坯14、16的边部。
本发明的优选实施例公开了YAG激光用于对接焊作业的用途，但本发明并不受此局限。如果需要，亦可采用其它激光器，包括CO2激光器。尽管本发明适合用于将板坯对焊在一起的同时，其它焊接应用也是可行的，下面解释这一点。
图1显示同时生产出的，每个都有一条纵焊缝34的两个工件产品12a、12b。然而如果需要，本发明可同样用来沿直线，曲线或有角度缝线焊接一、二或更多个工件。
虽然图1至3显示了含有单个用于将坯对14a、16a、14b、16b焊在一起的激光器36的产品装配线10，但本发明并不受此局限。如果需要，也可采用两个或更多个激光器，每个都有其自己的可移动激光头，用于沿缝线同时焊接各坯对14、16。
虽然本发明的优选实施例公开了如包括一个用于连续探测板坯14之间距离的传感器49的装置，本发明并不受此局限。在一个更具成本效益的实施例中，可省略传感器46。根据这种结构，激光头42的定位可在焊接作业进行的同时，由操作者连续手动调整。激光器头42还可被移动到一个固定的初始位置，焊接期间这个位置保持不变，举例来说，在焊接不同厚度的坯14时。
尽管本发明的优选实施例公开了相干光源发生器40产生分开的激光束，但是，如果需要，能源可用来产生单相干光源，这个光源在激光头42或在射向激光头42的途中被分成两个或更多个激光束。
虽然以上详述说明和图解了本发明的优选实施例，但本发明并不受此局限。熟悉本行业的人都知道会有多种改进或变化。本发明的限定范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种沿缝线将两个工件坯的邻近边部焊接在一起的装置，包括发射复合光束以沿所述缝线将所述坯焊接在一起的激光设备，所述复合光束包括一第一激光束和一第二激光束，所述第一和第二激光束中的每一激光束在有一个光心的各自的焦点区向所述被焊坯的一个部分聚焦，其中，所述第一和第二激光束的光心互相错位并且每个光心都确定所述复合光束的一焦点线的一端，选择地旋转所述激光设备的旋转设备，这个旋转设备相对于所述坯的所述部分在所述焦点线取向基本垂直于所述缝线的所述部分的一位置和所述焦点线取向基本与所述缝线的所述部分对齐的一位置之间移动所述焦点线。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述光心相互错开约0.1mm到3mm的距离。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于，在所述缝线处的所述第一和第二激光束中的每一个的焦点区都有一个选择在约0.2mm和1mm之间的发射半径。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于，它还包括探测在所述坯所述部分的坯的对接边部间距离的探测装置，和用于控制旋转装置的控制装置，这个旋转装置根据探测到的距离旋转所述激光装置并针对所述被焊坯的所述部分移动所述焦点线到一预设定的取向。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，所述激光设备包括可沿基本上与所述缝线对齐的路径移动的激光头，以及所述装置还包括可启动的沿所述路径移动所述激光头的驱动装置，并且所述激光头沿所述路径的移动速度与操作参数有关，这些操作参数从包括探测到的距离和所述焦点线相对于所述被焊坯的所述部分的位置中选择。
6.一种沿缝线将两个板坯的对接边部焊接在一起的激光装置，包括一个可操作地发射激光能以沿缝线将所述坯焊在一起的激光头，用于旋转激光头和相对于所述缝线改变所述激光能取向的旋转装置，其中，所述激光能包括由至少两个错位激光束构成的多光束。
7.根据权利要求6的装置，还包括探测在所述坯所述部分处所述坯的对接边部间距离的探测装置，和用于根据探测的距离控制旋转装置的控制装置。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述探测装置包括一个相干光源，和一个探测来自所述相干光源的光的传感器。
9.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述复合光束还包括一个第三激光束，该第三激光束在一个有光心的焦点区向所述坯聚焦，其中，第三激光束的光心被焦点线贯穿。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述复合光束还包括一个第三激光束，该第三激光束在一个有光心的焦点区向所述坯聚焦，其中，第三激光束的光心与焦点线隔开。
11.根据权利要求4的装置，其特征在于，所述光心错开约0.1mm到3mm的距离。
12.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述第一和第二激光束中的每个的焦点区在所述缝线都有一个选择在约0.2mm到1mm的发散半径。
13.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述探测装置包括一个相干光源，和一个探测来自所述相干光源的光的传感器。
14.一种采用一种装置沿缝线将两个工件坯的对接部分焊在一起的方法，这个装置包括，发射复合光束沿所述缝线将所述坯焊在一起的激光设备，所述复合光束包括第一激光束和第二激光束，每个所述第一和第二激光束在有光心的各自焦点区向所述被焊坯的一个部分聚焦，其中，所述第一和第二激光束的光心互相错位并且每个光心都确定所述复合光束的焦点线的一端，选择地旋转所述激光设备的旋转设备，这个旋转设备相对于所述坯的所述部分在所述焦点线取向基本垂直于所述缝线的所述部分和所述焦点线取向基本与所述缝线的所述部分对齐的位置之间移动所述焦点线；此方法的特征在于，所述工件坯的所述对接部分按以下步骤焊接在一起启动所述激光设备，将所述复合光束指向所述缝线，相对移动所述复合激光束和所述板坯，沿所述被焊坯的所述部分移动所述焦点线，基本上与所述移动步骤同步，旋转所述激光设备，相对于所述缝线的所述部分移动所述焦点线到一个由在所述部分的工件坯间的距离决定的预设定位置。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，在移动所述激光束的所述步骤中，相对移动所述激光束和所述板坯的速度，由至少下列因素之一决定焦点线相对于被焊坯的所述部分的位置和在所述部分的工件坯间的距离。
16.根据权利要求15的方法，其中，所述装置还包括探测坯的对接部间距离的探测装置，其特征在于，所述方法还包括沿着所述被焊坯的所述部分移动所述焦点线前，探测坯的邻近部分间的距离的步骤，以及所述焦点线的预设定位置由探测到的坯的邻近部分间的距离决定。
17.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述激光设备包括一钇铝柘榴石激光器。
18.根据权利要求14的方法，其中，所述装置还包括用于探测坯的对接部间距离的探测装置，其特征在于，所述方法还包括沿着所述被焊坯的所述部分移动所述焦点线前探测坯的邻近部分间距离的步骤，以及所述焦点线的预设定位置由探测到的坯的邻近部分间的距离决定。
19.一种沿缝线将两个工件坯的邻近边部焊接在一起的装置，包括，发射复合光束以沿所述缝线将所述坯焊接在一起的设备，所述复合光束包括一第一能束和一第二能束，所述第一和第二能束中的每一个在有中心的各自焦点区向所述被焊坯的一个部分聚焦，其中，所述第一和第二激光束的中心互相错位并且每个中心都确定所述复合能束的焦点线的一端，探测坯的邻近边部间距离的探测装置，和选自下组中改变每单位面积光束强度的装置，该组装置包括选择地旋转所述发射复合能束的设备的旋转设备，这个旋转设备相对于所述坯的所述部分在所述焦点线取向基本垂直于所述缝线的所述部分和所述焦点线取向基本与所述缝线的所述部分对齐的位置之间移动所述焦点线，移动所述装置沿所述缝线发射所述复合能束的驱动装置，这个驱动装置可根据探测到的坯的邻近边部间的距离改变所述激光束移动速度，和根据探测到的坯的邻近边部间的距离，改变复合能束能量输出的功率调整装置。
20.根据权利要求19的装置，其特征在于，每个所述第一和第二能束都包括一个相干光源。
全文摘要
一种供工业生产过程之用的,可操作来发射激光能沿缝线将坯等焊在一起的激光焊接装置。发射的激光能束包括两个或更多个相干光源的多光束。装置适合针对缝线有选择地改变多光束的取向位置,以补偿被焊工件对接部间的距离。
文档编号B23K26/03GK1248933SQ98802857
公开日2000年3月29日 申请日期1998年2月24日 优先权日1997年3月6日
发明者鲍勃·毕晓普 申请人:自动化焊接系统公司