一种激光焊接系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种制药容器用不锈钢激光焊接系统，其特征在于：包括激光发射器经传输光纤连接到光闸，由光闸将激光分成三束，经第一操作光纤、第二操作光纤、第三操作光纤传输至安装于机械手末端的第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头，第一激光焊接头发射第一激光束，垂直辐照于工件表面对接接头中心，第二激光焊接头、第三激光焊接头对称分布于第一激光焊接两侧，与第一激光焊接头成一定角度，发射第二激光束、第三激光束倾斜辐照于工件表面；本系统在焊接时能够获得底部宽的熔池，由于底部熔宽大，熔池维持时间长，使得熔池中气泡有充分时间逸出，使底部气孔得到有效改善。改善。改善。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接系统


[0001]本专利技术涉及一种激光焊接领域，尤其涉及一种制药容器用不锈钢激光焊接系统。

技术介绍

[0002]激光焊接具有非接触、高效、热变形量小等优点，已广泛应用于汽车、模具、电子等行业。
[0003]目前，制药装备领域的焊接工艺主要是手工电弧焊，焊接热输入大，焊后打磨工作量大，生产效率低。申请人在国内制药装备龙头企业之一楚天科技股份有限公司调研发现，该公司近年来一直在寻找激光焊接工艺解决方案，找了国内外多家上市激光企业打样，由于气孔率得不到有效控制，均以失败告终。
[0004]激光焊接在目前是一种较为高端的焊接技术，但是激光焊接的过程中，焊液中的气体无法得到很好的排出，容易使得焊缝中存在气孔，如何使得激光焊接时焊液中的气体被充分的排出，使得气体焊缝中大部分气孔被消除是我们需要解决的问题。
[0005]激光焊接技术作为一种新兴技术，由于其生产效率高、工件变形小、焊接精度高等优势使得其被广泛的应用，但是在焊接金属方面，焊缝中存在明显的气孔缺陷，气孔率大概为8％
‑
10％左右，并且焊缝表面成形粗糙不规则，严重的影响其结构件的力学性能和气密性。这是因为金属对激光的高反射率和高导电性等特殊的物理性能，导致诱导出激光焊接过程中稳定的小孔需要更高的能量密度阈值，因而激光焊接时小孔的不稳定容易造成气孔的生成同时金属中氢的溶解度存在明显的突变，氢在金属中的溶解度随温度的下降而降低同时激光焊接的高的能量密度使金属的熔池的冷却速度极大，熔池中的氢来不及逸出，残留在焊缝中形成气孔。金属激光焊接过程中产生的气孔缺陷很大程度上制约了其在工业中的广泛应用。
[0006]针对上述在不锈钢材料焊接时出现的问题，现有的激光焊接领域，存在以下几种解决方案：
[0007]2019年6月18日公布，公开号为CN 109894745 A的专利技术专利“一种消除激光焊接气孔的焊接系统”，本专利通过设置一个漏斗型壳体装置，对两个工件的连接部位进行密封，在一定程度上阻止了因外界空气的进入而带来的气孔，但由于腔体内部存在的空气以及密封不严的问题，使得焊接过程中仍然不免会有很多气孔产生，且无法排出。
[0008]2017年9月22日公布，公开号为CN107186336 A的专利技术专利“一种减少激光焊接气孔的方法”，本专利通过对工件进行预热之后，通过丙酮擦拭表面产生氧化膜，再采用双激光束进行焊接，再一定程度上降低了气孔率，但该方法操作流程过于复杂，且使用涂覆层可能对药物造成一定程度的污染，因此不适合对药用器材进行焊接。
[0009]可以看出，在现有的技术中，对于在不锈钢板焊接过程中存在的气孔问题，尤其是对药用器材提出的底部零气孔要求，此类方法存在效果差、适应性差等缺陷；因此，需要一种适应性好、控制容易且焊接效果好的不锈钢制药容器的激光焊接系统。

技术实现思路

[0010]本技术针对制药容器对焊缝底部的零气孔率的特殊要求，提供了一种激光焊接系统，本系统在焊接过程中，所形成的熔池形状上方窄，下方宽；由于熔宽大，熔池维持时间长，使得熔池中气泡有充分的时间溢出，具有良好的焊接效果。
[0011]本技术提供的激光焊接系统，包括如下步骤：
[0012]步骤1、提供需要对接焊接的第一工件与第二工件。
[0013]步骤2、将第一工件和第二工件对接并夹紧，且保证两工件在同一水平面。
[0014]步骤3、提供激光焊接系统，激光焊接系统具有激光器、传输光纤、光闸、第一操作光纤、第二操作光纤、第三操作光纤、第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头、保护气喷嘴以及机械手；第一激光焊接头竖直向下布置、第二激光焊接头与第三激光焊接头并列对称焊缝两侧，横向分布于同一平面内，通过法兰盘固定于机械手末端。
[0015]步骤4、启动激光焊接系统，开启保护气，第一激光焊接头位于对接接头正上方，发射第一激光束，垂直辐照工件表面，第二激光焊接头与第三激光焊接分别发射第二激光束和第三激光束倾斜辐照于工件表面。
[0016]步骤5、机械手夹持第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头，和保护气喷嘴同步沿对接接头运动，实施焊接工作。
[0017]步骤6、当机械手运动到对接接头的末端时，关闭激光器、关闭保护气，完成焊接过程。
[0018]在其中一实施例中，步骤1中，第一工件与第二工件材料为不锈钢板。
[0019]进一步地，第一工件和第二工件厚度为5～15mm。
[0020]在其中一实施例中，步骤3中，激光焊接系统中，激光器功率为10～20kW。
[0021]在其中一实施例中，步骤3中，激光焊接系统中，第二激光束和第三激光束与第一激光束中心线的所成夹角α随着板厚的不同，可以调节。
[0022]进一步地，夹角α调节范围为15
°
～60
°
。
[0023]在其中一实施例中，步骤4中，第一激光束、第二激光束、第三激光束功率为5～ 10kW。
[0024]在其中一实施例中，步骤4中，激光焊接时，第二激光束与第三激光束所形成第二熔池、第三熔池的末端，位于第一激光束所形成的第一熔池底部。
[0025]进一步地，其所形成熔池上方体积小，下方体积大，焊缝呈现上窄下宽形状。
[0026]本技术还提供一种激光焊接系统，包括激光器、传输光纤、光闸、第一操作光纤、第二操作光纤、第三操作光纤、第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头、保护气喷嘴以及机械手；其中，第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头通过法兰盘固定于机械手末端。
[0027]在其中一实施例中，由激光器发出的激光经光闸分光，通过第一操作光纤、第二操作光纤、第三操作光纤分别传送到第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头。
[0028]在其中一实施例中，固定于机械手末端法兰盘上的、第二激光焊接头、第三激光焊接头与第一激光焊接头之间的角度可根据被焊工件的厚度实时调节，其调节范围在 10
°
～45
°
之间。
[0029]相对于现有技术，本技术的有益效果是：
[0030]1.本技术在第一激光束施焊的基础上，增设并列的第二激光束和第三激光束，焊接过程中第一激光束、第二激光束和第三激光束分别获得第一焊接熔池、第二焊接熔池和第三焊接熔池。第一焊接熔池、第二焊接熔池和第三焊接组成焊接熔融区，焊接熔融区的上部分为三个独立区域，焊接熔融区底部宽度增大，焊接熔融区底部熔池体积增大，冷却速度慢，使得焊接熔融区底部熔池中气泡向上移动的时间更长，有效避免了焊缝底部气孔的产生。
[0031]2.本技术在第一激光束施焊的基础上，增设并列的第二激光束和第三激光束，大大提高了厚板对接接头的装配间隙，使得焊接工艺的工程适应性更好。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施一种不锈钢制药容器的激光焊接系统系统所涉及的设备与母材布置示意图；
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接系统，其特征在于：包括激光发射器经传输光纤连接到光闸，由光闸将激光分成三束，经第一操作光纤、第二操作光纤、第三操作光纤传输至安装于机械手末端的第一激光焊接头、第二激光焊接头、第三激光焊接头，第一激光焊接头发射第一激光束，垂直辐照于工件表面对接接头中心，第二激光焊接头、第三激光焊接头对称分布于第一激光焊接两侧，与第一激光焊接头成一定角度，发射第二激光束、第三激光束倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康为，张明军，张焱，李河清，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：新型
国别省市：