(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211324689.4 (22)申请日 2022.10.27 (71)申请人 中国科学院力学研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路15 号 (72)发明人 虞钢　李志永　何秀丽　李少霞　 田崇鑫　董斌鑫　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 胡剑辉 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种大幅面薄板特种激光焊 接装备及工艺 (57)摘要 本发明公开了一种大幅面薄板特种激光焊 接装备及工艺， 激光摆动焊接机构在焊接过程中 能够射出激光束， 且激光摆动焊接机构能够控制 激光束的运动轨迹； 焊缝跟踪机构用于在激光摆 动焊接机构到达焊缝前提前识别焊缝位置与宽 度， 且焊缝跟踪机构将采集信息发送至控制系统 处理以调整激光摆动焊接机构的激光束出射位 置； 焊接质量检测机构用于检测激光摆动焊接机 构焊接后的焊缝形貌， 焊接质量检测调整机构将 检测信息发送至控制 系统， 控制系统调控副激光 头进行二次熔化来调整焊缝； 焊接质量检测调整 机构、 激光摆动焊接机构和焊缝跟踪机构形成的 组装方向与焊缝焊接方向相同。 本发明满足对 接、 搭焊两种形式的焊接， 应对大尺度间隙变化 的焊缝并保证 焊接质量。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115533316 A 2022.12.30 CN 115533316 A 1.一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 包括： 激光摆动焊接机构(1 ‑1)， 在焊接过程中能够射出激光束， 且所述激光摆动焊接机构 (1‑1)能够控制激光束的运动轨 迹； 焊缝跟踪机构(1 ‑2)， 设置在所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)的侧边， 所述焊缝跟踪机构 (1‑2)用于在所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)到达焊缝前提前识别焊缝位置与宽度， 且所述焊 缝跟踪机构(1 ‑2)将采集信息发送至控制系统(1 ‑4)处理以调整所述激光摆动焊接机构(1 ‑ 1)的激光束出射 位置； 焊接质量检测调整机构(1 ‑3)， 设置在所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)的另一侧边， 所述 焊接质量检测调整机构(1 ‑3)用于检测所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)焊接后的焊缝形貌， 所 述焊接质量检测调整机构(1 ‑3)将检测信息发送至所述控制系统(1 ‑4)， 所述控制系统(1 ‑ 4)调控所述焊接质量检测调整机构(1 ‑3)工作以二次调整焊缝； 其中， 薄板在运动平台的驱动作用下沿着所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)的下方线性移 动， 且所述焊接质量检测调整机构(1 ‑3)、 激光摆动焊接机构(1 ‑1)和焊缝跟踪机构(1 ‑2)形 成的组装方向与焊缝焊接方向相同。 2.根据权利要求1所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接机构(1 ‑1)包括激光摆动焊接头(3)， 以及与所述激光摆动焊接头 (3)连接的驱动组件(7)， 所述 驱动组件(7)用于驱动所述激光摆动焊接头(3)沿着竖直方向 上下移动， 所述激光摆动焊接 头(3)能够控制激光束 按照板材焊缝宽度方向往复式摆动； 其中， 所述激光摆动焊接 头(3)的摆动幅度能够覆盖焊接的大幅面板材的焊缝宽度。 3.根据权利要求2所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接头(3)沿着垂直焊缝所在平面的方向出射激光束， 且所述激光摆动 焊接头(3)沿着 焊缝宽度往复直线摆动， 所述激光摆动焊接头(3)的摆动幅度与焊缝宽度有 关， 所述激光摆动焊接 头(3)的摆动幅度至少为 最大焊缝宽度的2倍。 4.根据权利要求2所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接头(3)的侧表面上安装有送丝头(10)， 所述激光摆动 焊接头(3)的上 端设有缠绕成卷的焊丝， 所述送丝头(10)通过变速驱动调整单位时间内的焊丝输送量， 且 焊丝的端部始终处于所述激光摆动焊接头(3)的下方， 所述焊丝在激光束的作用下熔化以 对焊缝进行填充。 5.根据权利要求2所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接头(3)的上端设有与激光束同轴分布的工业相机(2)， 所述工业相机 (2)通过观测焊接位置图像来精确焊缝位置 。 6.根据权利要求2所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述焊接质量检测调整机构(1 ‑3)包括设置在所述激光摆动焊接头(3)上游的质量检 测相机(9)， 以及与所述质量检测相机(9)处于同一水平线上的副激光头(8)， 且 所述质量检 测相机(9)处于所述激光摆动焊接 头(3)与所述副激光头(8)之间； 所述质量检测相机(9)拍摄焊接后的焊缝形貌 并发送至所述控制系统(1 ‑4)， 所述控制 系统(1‑4)经过图像处 理后调控所述副激光头(8)工作， 以对所述焊缝进行二次熔化。 7.根据权利要求6所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接头(3)与副激光头(8)同步同向摆动， 所述激光摆动焊接头(3)沿着权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115533316 A 2焊缝宽度的摆动轨 迹与所述副激光头(8)沿着焊缝宽度的摆动轨 迹相同。 8.一种基于权利要求2 ‑7任一项所述的大幅面薄板特种激光焊接装备的焊接工艺， 其 特征在于， 包括以下步骤： 将大幅面板材设置在激光摆动焊接头的下方， 激光束的实际运动轨迹为激光头摆动与 板材直线运动的耦合 运动； 将两块薄板对齐压紧， 使用焊缝跟踪机构识别焊缝的宽度， 并根据板材厚度选择焊接 工艺参数； 激光摆动焊接头熔化焊丝与待焊板材， 焊接过程中， 焊丝的填充量及激光参数与焊缝 宽度关联， 为保证板材不被熔穿， 此时激光热输入不 足以将焊丝完全熔化， 只是与待焊板材 发生熔合； 根据质量检测相机对激光摆动焊接头焊接出的焊缝进行检测， 调用副激光头采用适当 的工艺参数对焊缝进行二次熔化， 使得焊丝与待焊板材完全熔合形成良好的焊接 头。 9.根据权利要求8所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备的焊接 工艺， 其特 征在于， 所述激光摆动焊接头的摆动频率和焊接速度与 所射出的激光束光斑直径有关， 以保证 光斑搭接率至少为5 0％， 所述激光摆动焊接 头的摆动频率具体为： 其中， f为摆动频率， r为 光斑半径， v为机床沿焊缝 方向运行速度。 10.根据权利要求8所述的一种大幅面薄板特种激光焊接装备的焊接工艺， 其特征在 于， 所述焊接方式分为搭接和对接 两种连接形式； 其中， 搭接时， 焊缝相对均匀一 致， 采用不 填丝方式将两块薄板搭接； 对接时， 两块薄板之间的焊缝大， 根据焊缝宽度信息实施调整送丝速度， 以将熔化的焊 丝补入焊缝内。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115533316 A 3