人工激光焊接金属部件的方法技术

一种利用产生激光束的激光器焊接金属部件的方法，该方法包括向邻近该金属部件并处于激光束路径上的位置人工进给填充材料的连续部分，产生用于熔化填充材料的激光束，冷却熔化的填充材料以将填充材料熔合到金属部件。该方法还包括根据感测到的使用者的手相对于激光束的位置来控制激光束的强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光焊接技术。具体地，本专利技术涉及人工激光焊接金属部件、同时用安全控制系统保护使用者的方法。
技术介绍
激光器产生用于不同的工业应用(如激光焊接)的激光。激光焊接技术适于恢复损坏的金属部件和连接多个金属部件。就恢复损坏的金属部件而言，使用期间的化学和摩擦蚀损可导致工业金属部件的损坏。这类损坏一般包括金属部件上的裂纹或孔，而这些裂纹或孔导致金属部件不能正常工作。作为用新部件代替损坏的金属部件的替代形式，可以通过焊接处理(如激光焊接)来恢复损坏的金属部件，其中，熔化填充金属，并将它们熔合到裂纹和孔以封闭上述损伤。然后，可以将恢复的金属部件重新用于特定的工业应用。由于激光束的固有性质，已经执行了大量的安全措施来保护使用者，使其免于收到身体上的伤害。出于安全上的考虑，美国国家标准学会(ANSI)提出了ANSI Z136.1-2000，该标准提供了关于多种激光器的安全使用的指南和建议。一种用于避免因偶然接触激光束而导致的伤害和烧伤的常见技术涉及使用自动激光焊接系统，该系统避免了使用者与激光的直接交互。自动激光焊接系统试图通过计算机视觉、神经网络和计算机算法来模拟人工焊接。然而，因为所需的部件配置的多样性，仍然需要能在较好地操控部件的同时降低使用者受到伤害的风险的激光焊接技术。
技术实现思路
本专利技术涉及利用产生激光束的激光器焊接金属部件的方法。该方法包括使用者用手向邻近金属部件且处于激光束的路径上的处理位置人工进给填充材料的连续部分。该方法也包括产生激光束(该激光束熔化人工进给的填充材料的连续部分)，并冷却填充材料的熔化的连续部分，从而使得熔化的连续部分熔合到金属部件。而且，该方法包括根据感测的使用者的手相对于激光束的位置来控制激光束的强度。附图说明图1为激光器装置的侧视图，该装置包括处于收缩位置的具有手套的激光控制安全系统。图2为激光器装置的侧视图，该装置包括处于收缩位置的具有手套的激光控制安全系统，并包括金属管和填充材料供应线轴(spool)。图3为激光器装置的侧视图，该装置包括在激光焊接处理期间处于部分伸展位置的、具有手套的激光控制安全系统。图4为激光器装置的侧视图，该装置包括处于伸展位置的具有手套的激光控制安全系统。图5为激光器装置的侧视图，该装置包括处于收缩位置的具有手套的另一种激光控制安全系统。图6为激光器装置的侧视图，该装置包括在激光焊接处理期间处于部分伸展位置的、具有手套的另一种激光控制安全系统。图7为激光器装置的侧视图，该装置包括处于伸展位置的具有手套的另一种激光控制安全系统。具体实施例方式图1-4为激光器装置10的侧视图，该装置是适于通过激光辐射来焊接金属部件的工业激光系统。在本文中，术语“焊接”是指通过加热(如来自激光辐射的热)将至少两个金属部件连接在一起的技术，并包括使用填充材料的恢复焊接和钎焊。激光器装置10包括底座12，壳体14，激光器16，激光束18，控制20，踏板激励器22和安全系统24。图1-3示出了处于离开激光束18的、并处于标定的危险区域28之外的偏移位置的使用者的手26，其中，激光器16产生工作水平强度的激光束18来焊接金属部件。图4示出了处于激光束18的标定的危险区域28之内的使用者的手。如以下讨论的，当使用者的手26在激光束18的标定的危险区域28之内移动时，安全系统24控制激光器16来将激光束18的强度从工作水平降低到备用水平。这样便降低了因暴露在激光束18下而造成潜在伤害的风险。如图1所示，底座12是与激光器16共同工作的支持底座，它包括表面30。壳体14可拆卸地固定到底座12，并保护位于壳体14外部的使用者，使其免于遭遇激光束18。壳体14包括开口32，通过该开口使用者可以将手26伸入壳体14内部。可以用多种保护性材料(如金属板，安全玻璃，或这些材料的组合及其它材料)制造壳体14。壳体14也可包括舷窗(port hole)，以允许使用者把手26伸入壳体14内部。可以人工地或机械地将壳体14相对于底座升高或降低，以允许用户在进行激光焊接之前将一个或多个金属部件插到表面30上。另外，壳体14可包括用于插入金属部件的壳体门。激光器16是配置成用于激光焊接一个或多个金属部件的工业激光器。激光器16设置在壳体14内部，以产生激光束18。尽管如图所示激光器16整体地处于壳体14内部，但是，只要在壳体14内部发射出激光束18，激光器16的某些部分便可设置在壳体14的外部。激光束18在焦点18a具有最大功率强度，该焦点是激光束18处理金属部件的那个部分。激光束18也包括位于激光器16和焦点18a之间的会聚部分18b，位于焦点18a和表面30之间的发散部分18c。在会聚部分18b处，激光束18的功率强度向焦点18a会聚。相应地，在发散部分18c处，激光束18的功率强度从焦点18a发散。激光器16可相对于表面30垂直升高和降低，以垂直调整激光束18的焦点18a的位置。这对处理处于不同高度的金属部件是有用的。根据激光器16的光学设置，焦点18a相对于激光器16偏移一个固定位置。从而，激光器16的垂直移动导致焦点18a的同样移动。相应地，当激光器16垂直移动时，会聚部分18b的体积大小基本保持不变。然而，发散部分18c的体积大小将根据激光器16与表面30间的距离而改变。会聚部分18b的合适体积大小的一个例子是，其倒置锥体具有激光器16和焦点18a之间的约5厘米到15厘米的高度，且上底面的直径为约5厘米。发散部分18c的合适体积大小的例子是，其锥体具有对应于会聚部分18b的矢量，它的处于焦点18a和表面30之间的高度处于约7厘米至约40厘米之间。控制20是可编程逻辑控制器(PLC)，它根据接收的信号(包括来自踏板激励器22和安全系统24的信号)来控制激光器16的操作。控制20可以以不同方式控制激光器16的工作。例如，控制20可以使得激光器16产生具有工作水平强度的激光束18。该工作水平为激光束18提供合适的功率，以便用激光焊接金属部件。另外，控制20可以使激光器16将激光束18的强度从工作水平降低到备用水平，该备用水平是低的强度水平或零强度水平。激光束18的合适的备用水平的例子包括基本符合ANSI Z136.1-2000中描述的暴露限制的强度。通过限制到达激光器16的功率、阻止功率到达激光器16、使激光束18散焦、重定向激光束18、光束收集(beam dumping)(如将激光束引入水冷的束流收集器)及这些方式的组合来将激光束18的强度降低到备用水平。使用者用踏板激励器22操作激光器16，该踏板激励器22是用于操作激光器16的通过踏板操作的激励开关。踏板激励器22设置在邻近底座12的位置，并通过线34与控制20通信。当使用者压下踏板激励器22时，该踏板激励器22从第一状态切换到第二状态，其中，踏板激励器22的状态决定了控制20对激光器16的控制。第一状态(未压下)引导控制20来使激光器16停止工作，或者，使激光器16产生备用水平的激光束18。第二状态(压下)引导控制20来使激光器16产生工作水平的激光束18。这样，激光器16要求使用者人工下压踏板激励器22，以产生用于激光焊接的处于工作水平的激光束18。在一个实施例中，激光束18的强度根据使用者人工下压踏板激励器22的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用产生激光束的激光器焊接金属部件的方法，所述方法包括：使用者用手向邻近所述金属部件并处于所述激光束路径上的处理位置人工进给填充材料的连续部分；产生所述激光束，其中，所述激光束熔化了所述人工进给的所述填充材料的连续部分； 冷却所述填充材料的熔化的连续部分，从而允许将该熔化的连续部分熔合到所述金属部件；以及根据感测到的所述使用者的手相对于所述激光束的位置来控制所述激光束的强度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JJ穆尔，GC舒伯特，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]