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1、(10)申请公布号 CN 103028852 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 2 8 8 5 2 A *CN103028852A* (21)申请号 201210551794.1 (22)申请日 2012.12.18 B23K 28/02(2006.01) (71)申请人西南交通大学 地址 610031 四川省成都市二环路北一段 111号 申请人南车青岛四方机车车辆股份有限公 司 唐山轨道客车有限责任公司 (72)发明人朱宗涛 李远星 李恒奎 龚明 孙帮成 丁叁叁 孟立春 李明高 马纪军 陈辉 苟国庆 刘艳 王晓敏 马传平 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江。
2、专利商标事 务所 23109 代理人牟永林 (54) 发明名称 能在线报警的激光、电弧复合焊接装置 (57) 摘要 能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，本发 明涉及一种激光、电弧复合焊接装置。实现了对激 光-电弧复合焊接过程中激光输出异常或电弧熄 灭的状况进行监控。它包括焊接电源、焊枪和激光 器，焊枪连接在焊接电源的一个输出电极上，激光 器的激光输出端照射在焊枪所产生的焊点处，它 还包括电流传感器、PLC控制器、光学传感器和蜂 鸣报警器，电流传感器连接在焊枪与焊接电源之 间以提取电流信号，电流传感器的电流信号输出 端连接PLC控制器的一个信号输入端，光学传感 器设置在工件的熔池上方以接收工件反。
3、射过来的 激光信号，光学传感器的信号输出端连接PLC控 制器的另一个输入端，PLC控制器的一个信号输 出端连接蜂鸣报警器的信号输入端。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，其特征在于它包括焊接电源(9)、焊枪(5) 和激光器(3)，焊枪(5)连接在焊接电源（9）的一个输出电极上，焊接电源（9）的另一个输 出电极连接工件（1），激光器（3）的激光输出端照射在工件（1）的、焊枪(5)所产生的焊点 处，它还包括电。
4、流传感器（6）、PLC控制器（8）、光学传感器（4）和蜂鸣报警器（7），电流传感 器（6）连接在焊枪（5）与焊接电源（9）之间的连接线上以提取电流信号，电流传感器（6）的 电流信号输出端连接PLC控制器（8）的一个信号输入端，光学传感器（4）设置在工件（1）的 熔池（12）上方以接收工件（1）反射过来的激光信号，光学传感器（4）的信号输出端连接PLC 控制器（8）的另一个信号输入端，PLC控制器（8）的一个信号输出端连接蜂鸣报警器（7）的 信号输入端，PLC控制器（8）的另一个信号输出端连接激光器（3）外部出光控制信号输入 端，PLC控制器（8）的又一个信号输出端连接焊接电源（9）的供电电源的。
5、控制信号输入端。 2.根据权利要求1所述的能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，其特征在于光学传 感器（4）采用灵敏度较高的光电二极管型激光能量传感器接收激光。 3.根据权利要求1所述的能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，其特征在于焊枪（5） 选用MIG、MAG复合焊枪、TIG焊枪、埋弧焊枪或等离子弧焊枪。 4.根据权利要求1所述的能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，其特征在于电流传 感器（6）选用的是LEM公司的最大量程为300A的电流传感器。 5.根据权利要求1所述的能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，其特征在于焊接电 源是EWM公司的全数字化弧焊电源。 权 利 要 求 书CN 103028。
6、852 A 1/3页 3 能在线报警的激光、 电弧复合焊接装置 技术领域 0001 本发明涉及一种激光、电弧复合焊接装置。 背景技术 0002 激光焊接是典型的激光加工技术的应用，焊接过程以高能聚焦激光束为热源，具 有弧焊工艺难以比拟的优点，如焊缝窄、熔深深、变形小、速度快等，是一种高效的焊接方 法。但激光焊接的成本高，对焊件装备条件要求高（间隙、错边、不等厚等），焊缝易产生气 孔、裂纹缺陷等缺点限制了激光焊接的进一步应用。为了弥补单一激光焊的不足，激光与其 它热源复合焊接技术逐渐受到重视，出现了一些复合热源焊接方法，目前应用较广的主要 是激光-电弧复合热源焊接技术，如激光-TIG、激光-MI。
7、G/MAG、激光-等离子体弧复合焊接 等。 0003 要获得激光和电弧复合热源协调作用的效果，激光-电弧复合焊接设备是关键因 素之一。目前，激光-电弧复合焊接系统通常由几个主要组成部分复合构成：激光器、弧焊 系统、复合焊枪、工装卡具。为了便于实现自动化焊接过程，复合焊枪通常安装在焊接机器 人或数控机床上，焊接过程由机器人或数控机床向激光器、焊机、工装卡具发出工作指令， 实现几部分协调联动工作。 0004 常见的激光-电弧复合焊件设备在焊接过程中，激光器能否正常工作受到很多 因素制约，如冷却水系统（水压、水温、露点）、光路、输出镜、保护镜等，这些因素一旦发生异 常，激光便无法输出或激光功率无法正。
8、常耦合到焊件上，发生诸如此类的故障后虽然大部 分激光器具备自身保护和故障提示功能，但通常只针对保护激光器本身，并不停止复合焊 接过程；更甚之，保护镜常常因焊接过程中飞溅而受污染，导致激光虽然输出，但激光被保 护镜片阻挡，大部分激光的能量根本就没耦合在焊件上，但这种异常情况靠激光器自身是 无法判断的。以上异常情况发生，最终都会导致激光-电弧复合焊接过程变成单一的电弧 焊过程。另一方面，激光-电弧复合焊接过程中，电弧也会因种种原因熄灭。例如激光-MIG 复合焊接时，送丝系统堵塞或焊丝用尽导致电弧熄灭，使焊接过程变成单一的激光焊；或送 丝可以持续，电弧已经熄灭，使焊接过程变成激光填丝焊。显然，无论哪。
9、一种情况都不能满 足工艺要求，在一些大型结构件（如铝合金车体）的焊接过程中，一旦发生上述异常情况而 不能及时停止单一热源的焊接过程，将会导致不合格的焊接产品出现，降低生产效率，并造 成经济损失。 0005 由于激光和电弧是对人体存在危害的作业方式，又不便于操作人员实时监测，因 此迫切需要一种实时监测系统对激光-电弧复合焊接过程中激光输出异常或电弧熄灭的 状况进行监控，及时避免单一热源焊接过程的发生，并报警提示。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种能在线报警的激光、电弧复合焊接装置，以实现对激 光-电弧复合焊接过程中激光输出异常或电弧熄灭的状况进行监控。它包括焊接电源9、焊 说 明 书C。
10、N 103028852 A 2/3页 4 枪5和激光器3，焊枪5连接在焊接电源9的一个输出电极上，焊接电源9的另一个输出电 极连接工件1，激光器3的激光输出端照射在工件1的、焊枪5所产生的焊点处，它还包括电 流传感器6、PLC控制器8、光学传感器4和蜂鸣报警器7，电流传感器6连接在焊枪5与焊 接电源9之间的连接线上以提取电流信号，电流传感器6的电流信号输出端连接PLC控制 器8的一个信号输入端，光学传感器4设置在工件1的熔池12上方以接收工件1反射过来 的激光信号，光学传感器4的信号输出端连接PLC控制器8的另一个信号输入端，PLC控制 器8的一个信号输出端连接蜂鸣报警器7的信号输入端，PLC。
11、控制器8的另一个信号输出 端连接激光器3外部出光控制信号输入端，PLC控制器8的又一个信号输出端连接焊接电 源9的供电电源的控制信号输入端。 0007 在焊接工作过程中，电流传感器6提取电弧焊接过程中的电流，光学传感器4提 取激光器3输出的激光功率，当上述电流值或激光功率值发生变化，PLC控制器8中产生控 制命令，同时关闭激光器3和焊接电源9，并使蜂鸣报警器7发出鸣响报警。从而实现对激 光-电弧复合焊接过程中激光输出异常或电弧熄灭的状况进行监控。 附图说明 0008 图1是本发明装置的工作情况示意图。 具体实施方式 0009 具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式包括焊接电。
12、源 9、焊枪5和激光器3，焊枪5连接在焊接电源9的一个输出电极上，焊接电源9的另一个输 出电极连接工件1，激光器3的激光输出端照射在工件1的、焊枪5所产生的焊点处，它还 包括电流传感器6、PLC控制器8、光学传感器4和蜂鸣报警器7，电流传感器6连接在焊枪 5与焊接电源9之间的连接线上以提取电流信号，电流传感器6的电流信号输出端连接PLC 控制器8的一个信号输入端，光学传感器4设置在工件1的熔池12上方以接收工件1反射 过来的激光信号，光学传感器4的信号输出端连接PLC控制器8的另一个信号输入端，PLC 控制器8的一个信号输出端连接蜂鸣报警器7的信号输入端，PLC控制器8的另一个信号输 出端连接。
13、激光器3外部出光控制信号输入端，PLC控制器8的又一个信号输出端连接焊接 电源9的供电电源的控制信号输入端。在激光-电弧复合焊接过程中，激光和电弧协同工 作后，采用电流传感器实时监测焊接过程中的电弧电流，同时对激光输出功率实时监测，一 旦电弧熄灭或激光功率输出异常，由各自的执行元件发出终止命令，使焊接过程终止并报 警提示，从而确保整个焊接过程是在激光和电弧复合作用下完成的，避免单一热源焊接的 不合格产品造成的重大损失，降低了激光-电弧复合焊接加工产品的废品率和附加成本， 同时也提高焊接生产效率和安全性。 0010 如图1所示，以激光-MIG/MAG复合焊接为例，激光器3输出激光束2，激光束2作。
14、 用在工件1上产生激光“匙孔11”，焊接电源9给焊枪5供电，电弧在焊枪5与工件1之间 产生，并形成焊接熔池12，激光“匙孔11”和电弧熔池12共同作用，完成焊接过程，光学传 感器4采集工件1表面反射的特定波长的激光信号，发给PLC控制器8，同时电流传感器6 采集焊接电源9输出的电流信号并发送给PLC控制器8。正常工作时，PLC控制器8同时可 以接收到激光信号和电流信号；当光学传感器4接收不到特定波长的激光信号，或电流传 说 明 书CN 103028852 A 3/3页 5 感器6接收不到焊接电流信号时，PLC控制器8同时向激光器3和焊接电源9发出关断信 号，关闭激光器3和焊接电源9，停止焊接过。
15、程，并发出信号给蜂鸣报警器7提示报警。 0011 具体实施方式二：本实施方式特点是：由于被焊接材料的表面反射率和激光输出 功率的不同，光学传感器4对接收到的光的强度要有上限保护功能；另外，除了激光在工 件表面有反射外，电弧光也会被反射，因此为了保证准确无误地识别有无激光输出，光学传 感器4对特定波长（光纤激光器激光波长1.06m）区域的激光要有一定的识别功能。本 发明中的光学传感器4采用灵敏度较高的光电二极管型激光能量传感器接收激光（型号为 THORLABS公司的FGA03），光学传感器4内部具有滤波镜片滤除其它波段的杂散光。 0012 具体实施方式三：本实施方式特点是：根据激光-电弧复合焊接方法中的不同电 弧焊方法，选用不同类型的焊枪，图1所示为激光-MIG/MAG复合焊接，选MIG、MAG复合焊 枪。也可以为TIG焊枪、埋弧焊枪、等离子弧焊枪等。 0013 具体实施方式四：本实施方式特点是：本发明电流传感器6选用的是LEM公司的 最大量程为300A的电流传感器。 0014 具体实施方式五：本实施方式特点是：本发明采用的焊接电源是EWM公司的全数 字化弧焊电源，适用于激光-MIG/MAG焊接。其它电弧焊方法与激光复合焊接时，可采用相 应的焊接电源。 说 明 书CN 103028852 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 103028852 A 。