阅读说明：本技术 船用风帆激光焊接设备及其控制方法 (Marine sail laser welding equipment and control method thereof ) 是由 祝义民 马英华 顾红星 杨建明 齐先庆 成健 张冲 杨潇博 张连山 刘明双 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于焊接处理技术领域,具体涉及一种船用风帆激光焊接设备及其控制方法。包括激光焊枪,所述激光焊枪的前端套装导流枪套,所述导流枪套包括内套、外套、内套及外套形成的导流腔,外套开设进水口及出水口,所述进水口连接进水通道,出水口连接出水通道。本发明提供船用风帆激光焊接设备及其控制方法,其为结构简单、使用方便、安全可靠、适用温度范围广、效率高,适合于恶劣环境的船用风帆焊接设备。(The invention belongs to the technical field of welding treatment, and particularly relates to a laser welding device for a marine sail and a control method thereof. The laser welding gun comprises a laser welding gun body, wherein a flow guide gun sleeve is sleeved at the front end of the laser welding gun body and comprises an inner sleeve, an outer sleeve, an inner sleeve and a flow guide cavity formed by the outer sleeve, a water inlet and a water outlet are formed in the outer sleeve, the water inlet is connected with a water inlet channel, and the water outlet is connected with a water outlet channel. The invention provides a marine sail laser welding device and a control method thereof, and the marine sail laser welding device is simple in structure, convenient to use, safe, reliable, wide in application temperature range, high in efficiency and suitable for severe environments.)

船用风帆激光焊接设备及其控制方法

技术领域

本发明属于焊接处理技术领域，具体涉及一种船用风帆激光焊接设备及其控制方法。

背景技术

进入21世纪，激光焊接迅猛发展，随着应用的不断扩大，激光焊接技术需要不短的发展和完善来满足现实的需求。激光焊接是：用比切割技术时功率较小的激光束使材料熔化，在冷却后成为一块连续的固体机构。由于激光焊接能量密度集中、焊接速度快、被焊件变形小，几乎没有连接间隙，且焊后外观比传统焊接要美观，由于激光焊接工艺的熔深不够，正好适用于船用风帆薄板材料。目前的激光焊接机都虽然能对处于工作台之外的焊接件进行焊接，但对温度的适用范围还具有局限性，在高温或低温环境下的工作效率很低，在焊接时，激光的部分辐射会使焊枪部分温度很高，在工作人员进行工作时存在安全隐患，不利于持久工作，同时，随着焊接的进行，焊接会持续升温，到达某一温度时会面临停机，影响焊接的进行，不能满足实际焊接的需求。

综上所述，开发出一种结构简单、使用方便、安全可靠、适用温度范围广、效率高，适合于恶劣环境下便于在船上适用的船用风帆的焊接设备是目前科研工作者亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于背景技术存在的缺陷，本发明提供船用风帆激光焊接设备及其控制方法，其为结构简单、使用方便、安全可靠、适用温度范围广、效率高，适合于恶劣环境的船用风帆焊接设备。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是船用风帆激光焊接设备，其包括激光焊枪，所述激光焊枪的前端加了导流枪套，所述导流枪套包括内套、外套、内套及外套形成的导流腔，外套开设进水口及出水口，所述进水口连接进水通道，出水口连接出水通道。

优选的，所述导流枪套固定在所述激光焊枪的焊接嘴后50mm处。

优选的，所述导流腔为由远离焊接嘴端向靠近焊接嘴端设置的螺旋水道。

进一步的，所述导流枪套的内套外侧设置螺旋凹槽，所述螺旋凹槽与外套内侧形成导流腔。

基于上述技术方案，在外界环境影响和焊接过程中，所述压紧式激光焊枪的环境适应性更强，由于在焊接过程中焊枪头与出光位置离得很近，枪头前端部分会吸收激光辐射能量或反射能量，导致焊枪头温度过高，这时不仅可能导致烫伤工作人员的手，而且还会影响焊接加工效果，严重时会导致停机甚至损坏光学元器件，所述压紧式激光焊枪中焊枪头前端加了导流装置的枪套，并且可以通过更换不同规格的枪套，改变导流腔的大小。在导流腔的引导下，水流以一定速度从进水通道流入，沿着枪套的内套向前流动并绕着枪套旋转一周，再从出水通道流出，形成稳定的水循环，通过水冷循环来带走前端部分热量，降低焊枪温度，有效保证了所述压紧式激光焊枪中光学元器件的正常使用，保证了激光焊接的正常进行，避免人员事故的发生。

进一步的，所述导流枪套还包括变径套，所述变径套设置在导流枪套内套的内侧。

进一步的，所述船用风帆激光焊接设备还包括激光器、温度传感器、水冷系统、加热系统、主机柜及控制系统；所述主机柜内部设置激光器、温度传感器、控制系统、水冷系统及加热系统；所述温度传感器靠近激光器设置，温度传感器连接控制系统，控制系统分别连接水冷系统及加热系统。

优选的，所述水冷系统为工业冷水机，工业冷水机的水箱连接至所述进水通道；所述加热系统为空气电加热器。

优选的，所述温度传感器为热电偶传感器。

基于上述技术方案，本发明的船用风帆环境适应型激光焊接设备不仅可以用在船用风帆上进行激光焊接，而且通过水冷系统和加热系统，保证激光器和焊枪的温度在安全值内，保证激光器正常出光，提高焊接质量和效率，同时也避免了激光器损坏，延长激光器的使用寿命。

进一步的，所述激光焊枪中前端包括通气的焊接嘴，进气管具有进气的通道，从焊接嘴前端小孔出气，气体控制阀锁紧在进气管上。

基于上述技术方案，由于所述压紧式激光焊枪离焊接工件距离较近，在焊接的过程中焊烟焊渣容易堵塞焊接嘴，造成气体不流通，焊接前端热稳定性较差，所述压紧式激光焊枪中前端增加通气的焊接嘴，焊接嘴前端小孔为出气孔，在工作时，保护气从气体控制阀锁紧的进气管进入压紧式激光焊枪内，从出气孔流出，内部形成稳定的气体流通通道，在降温的同时有效保护了焊烟焊渣进入激光焊枪内。

另一方面，本发明提出一种船用风帆激光焊接设备控制方法，其具体步骤包括，

步骤一：主机电源线合上电源开关，温度感应器启动；

步骤二：根据外界环境温度影响，温度传感器检测到激光器温度低于或高于某一定值时，将信号发送给控制系统，再由控制系统发送指令到水冷系统或加热系统中，使主机柜内部环境温度达到标准温度以上时，再按下激光上电按钮，上电按钮指示灯亮起；

步骤三：按下激光高压按钮，激光器就绪，打开气体控制阀，调节气流量，调节功率；

步骤四：按下保险按钮，保险按钮灯亮起，按下引导指示光按钮，枪头对准所需焊接部位，扣动扳机时气体导通，激光器导通出光，开始焊接；

第五步：焊接过程中，激光焊枪前端的导流枪套进行水循环，水流在导流腔内旋转流通。

优选的，所述标准温度为10-30℃。

基于上述技术方案，所述船用风帆环境适应型激光焊接设备中新增加有水冷系统或加热系统。外界环境温度高和焊接过程中的激光辐射热所导致的激光器温度升高，这时，温度传感器检测到温度到达临界值，会给所述控制系统传递信息，所述控制系统再发送指令给所述水冷系统，所述水冷系统进行制冷，保证所述激光器的温度在安全温度值内，从而保证焊接的正常进行。

在外界环境温度过低时，会影响所述激光器的正常出光，继而影响焊接的效果和效率，为保证焊接安全高效的进行作业，需要保证所述激光器的温度在正常温度范围下，这时所述加热系统中加热模块就需要工作了，首先是温度传感器检测到温度低于一定值，将信号发送给所述控制系统，再由所述控制系统发送指令到所述加热系统，所述加热系统中加热模块制热来保证所述激光器升温，使温度达到正常出光范围。

本发明的有益效果：结构简单、使用方便，安全高效，满足实际工况环境要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的压紧式激光焊接枪结构示意图；

图3为本发明的导流装置的枪套（导流枪套）剖视图；

图4为本发明的导流装置的枪套（导流枪套）结构图；

图5为本发明的第一控制原理图；

图6为图5中A处局部放大图；

图7为图5中B处局部放大图；

图8为图5中C处局部放大图；

图9为本发明的第二控制原理图；

图10为图9中C处局部放大图；

图11为图9中D处局部放大图；

图12为本发明的第三控制原理图；

图13为图12中E处局部放大图；

图14为图12中F处局部放大图；

图15为本发明的第四控制原理图；

图16为图15中G处局部放大图；

图17为图15中H处局部放大图；

图18为本发明的第五控制原理图；

图19为本发明的第六控制原理图；

图20为本发明的第七控制原理图；

图21为图20中J处局部放大图；

图22为图20中K处局部放大图；

图23为本发明的第八控制原理图；

图24为图23中L处局部放大图；

图25为图23中M处局部放大图；

图26为图23中M处局部放大图；

图中：1、激光器，2、水冷系统，3、加热系统，4、控制系统，5、主机柜，6、光纤，7、压紧式激光焊接枪，14、温度传感器，8、吊环，9、导流枪套，9.1、内套，9.2、外套，9.3、导流腔，9.4、进水通道，9.5、出水通道，9.6、进水口，9.7、出水口，10、焊接嘴，11、扳机，12、功率调节旋钮，13、保险按钮，14、保护气体管路接头。

具体实施方式

实施例1

船用风帆激光焊接设备，其包括压紧式激光焊接枪7，所述压紧式激光焊接枪7的前端加了导流枪套9，所述导流枪套9包括内套9.1、外套9.2、内套9.1及外套9.2形成的导流腔9.3，外套9.2开设进水口9.6及出水口9.7，所述进水口连接进水通道9.4，出水口连接出水通道9.5。

优选的，所述导流枪套9固定在所述压紧式激光焊接枪7的焊接嘴后50mm处。

优选的，所述导流腔9.3为由远离焊接嘴端向靠近焊接嘴端设置的螺旋水道。

进一步的，所述导流枪套9的内套9.1外侧设置螺旋凹槽，所述螺旋凹槽与外套9.2内侧形成导流腔9.3。

实施例2

船用风帆激光焊接设备，其包括压紧式激光焊接枪7，所述压紧式激光焊接枪7的前端加了导流枪套9，所述导流枪套9包括内套9.1、外套9.2、内套9.1及外套9.2形成的导流腔9.3，外套9.2开设进水口9.6及出水口9.7，所述进水口9.6连接进水通道9.4，出水口9.7连接出水通道9.5。

优选的，所述导流枪套9固定在所述压紧式激光焊接枪7的焊接嘴后50mm处。

优选的，所述导流腔9.3为由远离焊接嘴端向靠近焊接嘴端设置的螺旋水道。

进一步的，所述导流枪套9的内套9.1外侧设置螺旋凹槽，所述螺旋凹槽与外套9.2内侧形成导流腔9.3。

进一步的，所述船用风帆激光焊接设备还包括激光器1、温度传感器14、水冷系统2、加热系统3、主机柜5及控制系统4；所述主机柜5内部设置激光器1、温度传感器14、控制系统4、水冷系统2及加热系统3；所述温度传感器14靠近激光器1设置，温度传感器14连接控制系统4，控制系统4分别连接水冷系统2及加热系统3。

优选的，所述水冷系统2为工业冷水机，工业冷水机的水箱通过软管，接头等连接至导流枪套9的进水通道9.4；所述加热系统3为空气电加热器。

进一步的，工业冷水机型号可选特域机电的CW-5000/5200。

优选的，所述温度传感器14为热电偶传感器。

进一步的，所述压紧式激光焊接枪7中前端包括通气的焊接嘴10，进气管具有进气的通道，从焊接嘴10前端小孔出气，气体控制阀锁紧在进气管上。

另一方面，本发明提出一种船用风帆激光焊接设备控制方法，其具体步骤包括，

步骤一：主机电源线合上电源开关，温度感应器启动；

步骤二：根据外界环境温度影响，温度传感器检测到激光器温度低于或高于某一定值时，将信号发送给控制系统，再由控制系统发送指令到水冷系统2或加热系统3中，使主机柜5内部环境温度达到标准温度以上时，再按下激光上电按钮，上电按钮指示灯亮起；

步骤三：按下激光高压按钮，激光器1就绪，打开气体控制阀，调节气流量，调节功率；

步骤四：按下保险按钮，保险按钮灯亮起，按下引导指示光按钮，枪头对准所需焊接部位，扣动扳机时气体导通，激光器1导通出光，开始焊接；

第五步：焊接过程中，压紧式激光焊接枪7前端的导流枪套9进行水循环，水流在导流腔内旋转流通。

优选的，所述标准温度为10-30℃。

实施例3

如图1所示，一种船用风帆激光焊接设备，其是光机电一体化的激光焊接成套设备，包括激光器1、水冷系统2、加热系统3、压紧式激光焊接枪7、主机柜5、控制系统4、导流枪套9、焊接嘴10、扳机11、气、水路系统等功能部件集成。所述船用风帆环境适应型激光焊接设备中新增加有水冷系统及加热系统。外界环境温度高和焊接过程中的激光辐射热所导致的激光器1温度升高，这时，温度传感器检测到温度到达临界值，会给所述控制系统4传递信息，所述控制系统4再发送指令给所述水冷系统2，所述水冷系统2进行制冷，保证所述激光器1的温度在安全温度值内，从而保证焊接的正常进行。

在外界环境温度过低时，会影响所述激光器1的正常出光，继而影响焊接的效果和效率，为保证焊接安全高效的进行作业，需要保证所述激光器1的温度在正常温度范围下，这时所述加热系统3中加热模块就需要工作了，首先是温度传感器检测到温度低于一定值，将信号发送给所述控制系统4，再由所述控制系统4发送指令到所述加热系统3，所述加热系统3中加热模块制热来保证所述激光器1升温，使温度达到正常出光范围。

优选地，本发明的实施例中，所述压紧式激光焊枪7中焊枪头前端加了导流装置的导流枪套9，设置在焊接嘴10后50mm处，所述导流枪套9内形成有导流装置的腔体，构成水循环，所述导流枪套9两边包括进水通道和出水通道，引导水量流通。在外接环境影响和焊接过程中，所述压紧式激光焊枪7的环境适应性影响更大，由于在焊接过程中焊枪头与出光位置离得很近，枪头前端部分会吸收激光辐射能量或反射能量，导致焊枪头温度过高，这时不仅可能导致烫伤工作人员的手，而且还会影响焊接加工效果，严重时会导致停机甚至损坏光学元器件，所述压紧式激光焊枪7中焊枪头前端加了导流装置的导流枪套9（导流枪套9内导流腔的大小可根据水流量来改变），在导流腔的引导下，水流以一定速度从进水通道流入，沿着导流枪套9的内套向前流动并绕着导流枪套9旋转一周，再从出水通道流出，形成稳定的水循环，通过水冷循环来带走前端部分热量，降低焊枪温度，有效保证了所述压紧式激光焊枪7中光学元器件的正常使用，保证了激光焊接的正常进行，避免人员事故的发生。

优选地，本发明的实施例中，所述压紧式激光焊枪7中前端包括通气的焊接嘴10，进气管具有进气的通道，从焊接嘴10前端小孔出气，气体控制阀锁紧在进气管上。由于所述压紧式激光焊枪7离焊接工件距离较近，在焊接的过程中焊烟焊渣容易堵塞焊接嘴，造成气体不流通，焊接前端热稳定性较差，所述压紧式激光焊枪7中前端增加通气的焊接嘴10，焊接嘴前端小孔为出气孔，在工作时，保护气从气体控制阀锁紧的进气管进入压紧式激光焊枪7内，从出气孔流出，内部形成稳定的气体流通通道，再降温的同时有效保护了焊烟焊渣进入激光焊枪内。

本发明还提供了上述船用风帆环境适应型激光焊接机的操作方法，所述方法包括以下步骤：

第一步：主机电源线合上电源开关，供电异常指示灯未亮起，设备电源指示灯亮起，温度感应器随即启动。

第二步：根据外界环境温度影响，温度传感器检测到激光器温度低于或高于某一定值时，将信号发送给所述控制系统4，再由所述控制系统4发送指令到所述水冷系统或加热系统中，使主机柜内部环境温度达到10-30℃以上时，再按下激光上电按钮，上电按钮指示灯亮起。

第三步：按下激光高压按钮，激光器就绪，打开气体控制阀，调节好气流量，调节功率调节旋钮至所需功率对应的刻度。

第四步：按下保险按钮，保险按钮灯亮起，按下引导指示光按钮，枪头对准所需焊接部位，扣动扳机时气体导通，激光器导通出光，开始焊接（松开可停止焊接）。

第五步：焊接过程中焊接头前端导流装置的导流枪套进行水循环，引导水量在腔体内旋转流通。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明的船用风帆环境适应型激光焊接机结构简单、使用方便，安全高效，满足实际工况环境要求。

本发明的船用风帆环境适应型激光焊接设备不仅可以用在船用风帆上进行激光焊接，而且通过水冷系统和加热系统，保证激光器和焊枪的温度在安全值内，保证激光器正常出光，提高焊接质量和效率，同时也避免了激光器损坏，延长激光器的使用寿命。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。