[发明专利]一种用于厚板激光焊接的智能实时控温控形设备与方法

说明书

本发明公开了一种用于厚板激光焊接的智能实时控温控形设备与方法；包括计算机控制系统、焊前规划系统、激光焊接系统、监测与反馈系统、自适应水冷系统、反变形调节系统及自调节振动系统。焊前规划系统根据焊接材料及焊件尺寸来预设工艺参数及反变形角度；监测与反馈系统用于对焊接过程中的温度、反变形与应力进行监测，并实时反馈给计算机控制系统；自适应水冷系统自适应控制焊接过程中温度与热积累；反变形调节系统调节反变形角度；自调节振动系统调节振动片的振动频率及幅度，进而降低焊接过程及焊后的应力。本发明可以实时监测和调控厚板激光焊接过程中的温度，变形及应力状况，极大减小焊后变形及应力，确保获得高质量厚板激光焊件。

技术领域

本发明属于激光焊接领域，特别涉及一种用于厚板激光焊接的智能实时控温控形设备与方法。

背景技术

厚板结构焊接在石油化工、航海制造、航空航天及发电设备等重大装备制造过程十分常见。通常而言，厚板结构的焊接需采用多层多道焊接方法，并且需要非常复杂的焊接辅助措施及装置。随着现代化设备的大型化、专业化发展，厚板结构的焊接问题日益突出，发展高效可靠的厚板焊接技术成为制造大型或超大型结构件的关键技术之一。而相比于传统电弧焊，激光焊接由于其热输入小、准直性高、焊接效率高、穿透强等特点，已经成为了一种有效焊接厚板的手段。

然而厚板激光焊接过程中热积累较严重，温度难以控制，并且焊后变形及应力较大，容易产生裂纹、层间未熔合等焊接缺陷，同时，厚板激光焊接层间冷却时间较长，焊层较多，使得厚板焊接所消耗的时间较长。因此，厚板激光焊接过程中温度、变形及应力的不稳定性严重限制了厚板激光焊接在航空航天及航海领域的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于厚板激光焊接的智能实时控温控形设备与方法，能够智能预设反变形角度，降低焊后变形，可以有效实时控制厚板激光焊接过程中温度、应力及焊后残余应力处于合理范围内，避免焊接未熔合、裂纹等焊接缺陷的产生，提升厚板焊接件的质量，同时缩短了层间冷却所需的时间，有效提升厚板激光焊接的效率，最终实现高效高质的厚板激光焊接。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于厚板激光焊接的智能实时控温控形设备，包括计算机控制系统、焊前规划系统、激光焊接系统、监测与反馈系统、自适应水冷系统、反变形调节系统及自调节振动系统；

所述计算机控制系统连接焊前规划系统、激光焊接系统、监测与反馈系统、自适应水冷系统、反变形调节系统及自调节振动系统；

焊前规划系统用于对输入的焊接信息进行分析，依据数据库资料信息，规划焊前预设反变形角度，焊接激光功率和焊接速度，并且规划焊接温度区间、应力区间。最后将规划后的焊接工艺信息传输给计算机控制系统；

激光焊接系统用于对装夹的厚板进行激光焊接，包括：激光器、激光头、送丝机构、焊接工作台，所述激光头根据规划的工艺参数，通过激光热源将送丝机构供给的焊丝熔化并填充在厚板间隙中，最终获得厚板连接件；

监测与反馈系统可以监测焊件的温度，应力状态及反变形角度，并将测量信息反馈给计算机控制系统，包括：红外测温仪、接触式温度传感器、X射线管、位移传感器、测量基柱。其中红外测温仪固定在测量基柱上，对焊件上部的温度进行监测；接触式温度传感器固定在反变形垫板上，左右垫板各一个，与焊件底部相接触，测量焊件底部的温度；X射线管固定在测量基柱和焊接工作台上，分别测量焊件上部和焊件底部的应力状态，位移传感器一端固定在反变形垫板顶部，一端固定在焊接工作台上，测量反变形垫板竖直方向上的位移。测量所得温度，应力及位移信息实时反馈到计算机控制系统，在计算机控制系统中可以利用反变形垫板位移信息通过计算得出反变形角度；