本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及激光焊接過程中焊接填料和/或過程氣體的供應(yīng)，以及涉及激光焊接裝置和用于激光焊接的供應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中已知用于激光焊接的方法，在該用于激光焊接的方法中，通過激光束沿焊接接頭將金屬工件熔化并且焊接在一起。在利用焊接填料的激光焊接中，焊接填料的供應(yīng)和用于保護(hù)熔池或固化的焊縫的過程氣體的供應(yīng)通常由在焊接頭上對置安裝的獨(dú)立噴嘴來實(shí)施。金屬絲形式的焊接填料優(yōu)選地被以尾隨方式引入至激光束與工件之間的相互作用區(qū)中，即，從進(jìn)給方向的前方引入。過程氣體，優(yōu)選地惰性保護(hù)氣體，諸如氮?dú)饣驓鍤猓瑑?yōu)選地被以尾隨方式引導(dǎo)至熔池，即，從后面引導(dǎo)至固化的焊縫或使用線性噴嘴引入。

2、當(dāng)將焊接填料和過程氣體同時供應(yīng)時，由于相應(yīng)噴嘴的對置布置，部件的可接近性受到很大限制，并且對于傳感器來說，特別是對于相對于熔化區(qū)在啟動(in?the?run-up)檢測接頭(或焊接接頭)的位置而言，難以或不可能看到焊接加工區(qū)。

3、cn?2905302y描述了用于焊接填料和過程氣體的引導(dǎo)供應(yīng)的組合噴嘴。此處，缺點(diǎn)在于噴嘴的剛性設(shè)計。無論焊接任務(wù)如何，對于任何介質(zhì)供應(yīng)都需要整個噴嘴——即使，例如，僅需要供應(yīng)過程氣體來保護(hù)熔池，而不需要焊接填料并且也不需要線性過程氣體供應(yīng)來保護(hù)固化的焊縫。因此，對于許多焊接任務(wù)，這種組合噴嘴對焊接過程的動態(tài)性和輪廓自由度具有不必要的負(fù)面影響。

4、發(fā)明目的

5、本發(fā)明的一個目的是提高激光焊接的精度，并且因此提高焊接連接的質(zhì)量，而與焊接任務(wù)無關(guān)。同時，應(yīng)根據(jù)焊接任務(wù)，利用介質(zhì)供應(yīng)來改善激光焊接期間的動態(tài)性和/或可接近性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明另外的可能實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中給出。說明書中針對獨(dú)立權(quán)利要求的主題之一所闡述的特征、優(yōu)點(diǎn)和可能實(shí)施方式至少類似地被視為其他獨(dú)立權(quán)利要求的相應(yīng)主題的特征、優(yōu)點(diǎn)和可能實(shí)施方式以及獨(dú)立權(quán)利要求的主題的任何可能組合(可能與從屬權(quán)利要求中的一個或更多組合)的特征、優(yōu)點(diǎn)和可能實(shí)施方式。

2、根據(jù)第一方面，提供了用于沿著焊接接頭焊接兩個接合伙伴的激光焊接裝置。接合伙伴可以優(yōu)選地是金屬接合伙伴。激光焊接裝置包括光學(xué)監(jiān)測單元，其可以對準(zhǔn)焊接接頭周圍的觀察區(qū)域以檢測焊接接頭的走向。在該上下文中，表述“焊接接頭周圍”應(yīng)理解為意指焊接接頭至少部分地經(jīng)過觀察區(qū)域并且被監(jiān)測裝置的視野檢測到。通過了解焊接接頭的確切走向，能夠以特別高的精確度實(shí)施焊接過程。

3、激光焊接裝置還包括激光焊接頭，其被構(gòu)造成借助于焊接光學(xué)器件、基于檢測到的焊接接頭的走向沿著焊接接頭將激光加工束引導(dǎo)至接合伙伴中的至少一個。激光束優(yōu)選地對準(zhǔn)要焊接在一起的兩個接合伙伴。由于與激光束的相互作用，接合伙伴被局部熔化，并且在激光束經(jīng)過它們之后固化，從而形成共用的焊縫。一般來說，可以針對要實(shí)施的焊接任務(wù)對焊接路徑的走向進(jìn)行預(yù)編程。然而，實(shí)際上，焊接接頭的實(shí)際走向可能會偏離預(yù)編程走向。如果焊接接頭的實(shí)際走向偏離預(yù)編程走向，則可以通過(利用監(jiān)測裝置)相對于激光束在即時啟動時檢測焊接接頭來校正進(jìn)給方向。以這種方式，可以提高焊接精度，并且因此提高焊接結(jié)果的質(zhì)量。為了檢測焊接接頭的實(shí)際走向，監(jiān)測裝置可以優(yōu)選地布置在激光焊接頭上并且隨激光焊接頭一起攜載。監(jiān)測裝置也可以至少部分地集成至激光焊接頭中，其中，來自監(jiān)測裝置的監(jiān)測激光束與加工激光束被同軸地引導(dǎo)至焊接區(qū)上。監(jiān)測激光束的直徑通常大于加工激光束的直徑。以這種方式，即使焊接接頭與加工激光束同軸地對準(zhǔn)，也可以相對于激光束在啟動時檢測到焊接接頭。附加地或可替選地，監(jiān)測裝置還可以包括攝像裝置，該攝像裝置可以與加工激光束成一定角度或同軸對準(zhǔn)到焊接區(qū)上。可以例如基于oct系統(tǒng)(oct，即光學(xué)相干斷層掃描)來設(shè)計監(jiān)測裝置。申請人已例如以“seamline”或“oct跟蹤控制和監(jiān)測”的名義在售合適的過程監(jiān)測技術(shù)。

4、激光焊接裝置還包括供應(yīng)裝置，該供應(yīng)裝置被構(gòu)造成提供焊接填料和/或過程氣體(或保護(hù)氣體)，并且該供應(yīng)裝置被布置在激光焊接頭上，使得可以從跟隨激光束的供應(yīng)方向?qū)⒑附犹盍虾?或過程氣體供應(yīng)給焊接過程。換言之，可以以引導(dǎo)方式將焊接填料和/或過程氣體供應(yīng)給焊接過程。

5、焊接填料在激光束與至少一個接合伙伴之間的相互作用區(qū)中被添加至焊接過程。由于激光束與接合伙伴的相互作用，在相互作用區(qū)中形成熔池，其也可以被稱為加工區(qū)域。焊接填料被添加至熔池，并且在焊接過程期間與接合伙伴一起形成最終焊縫。

6、可以通過供應(yīng)裝置，優(yōu)選地以絲形式或者粉末形式將焊接填料供應(yīng)給焊接過程。通常在一定壓力下將粉狀焊接填料與惰性氣體一起供應(yīng)給焊接過程。

7、過程氣體可以在焊接過程中通過供應(yīng)裝置與焊接填料同軸地和/或經(jīng)由跟隨激光束的長形區(qū)域被供應(yīng)給焊接過程。在供應(yīng)粉狀焊接填料時，可能需要單獨(dú)供應(yīng)過程氣體以屏蔽熔池，因?yàn)榉勰┝鞯妮d氣基本上取代了過程氣體的作用。線性過程氣體供應(yīng)的長形區(qū)域被以下述方式構(gòu)造：使得熔池后面固化的熔體(其形成焊縫)與環(huán)境隔離，特別地以防止與大氣氧氣反應(yīng)而引起的氧化。

8、優(yōu)選地，監(jiān)測裝置的觀察區(qū)域在接合伙伴的表面平面中相對于激光束在第一方向上偏移。此外，供應(yīng)裝置可以被布置在激光焊接頭的背離第一方向的一側(cè)?？商孢x地，也可以與加工激光束同中心地布置監(jiān)測光束(例如，監(jiān)測激光束)，其中，觀察區(qū)域可以大于激光束在接合伙伴的表面平面上的投影。還可以，例如，在激光加工束之前，使監(jiān)測光束以橫向于進(jìn)給方向的鐘擺移動在工件(即，接合伙伴)上來回移動。重要的是，監(jiān)測裝置相對于激光束在即時啟動時獲取焊接接頭，以便為加工激光束指定確切的進(jìn)給方向。通過以跟隨加工激光束的方式布置供應(yīng)裝置，可以確保相對于監(jiān)測裝置在加工激光束的進(jìn)給方向上的無障礙視野。

9、供應(yīng)裝置和/或監(jiān)測裝置也可以經(jīng)由共用或單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)模塊可旋轉(zhuǎn)地布置在激光焊接頭上。以這種方式，不以與加工激光束和/或供應(yīng)裝置同中心的方式引導(dǎo)的監(jiān)測激光束可以與激光焊接頭的取向無關(guān)地，并且特別地遵循焊接輪廓對準(zhǔn)。

10、根據(jù)第二方面，提供了用于向焊接過程選擇性地供應(yīng)焊接填料和/或過程氣體的供應(yīng)裝置。該供應(yīng)裝置適用于根據(jù)上述變型方案中的任何變型方案的激光焊接裝置。

11、供應(yīng)裝置包括固定元件，該固定元件被構(gòu)造成將供應(yīng)裝置固定至激光焊接裝置的激光焊接頭。該固定元件可以包括旋轉(zhuǎn)模塊，該旋轉(zhuǎn)模塊可以由機(jī)器控制器控制或者被單獨(dú)地控制，利用該旋轉(zhuǎn)模塊，可以使固定元件繞激光焊接頭的縱軸線旋轉(zhuǎn)。激光焊接頭的縱軸線可以基本上中心地穿過激光焊接頭的聚焦光學(xué)器件。

12、供應(yīng)裝置還包括長形的載體元件，該載體元件被支承在固定元件中，并且在該載體元件的內(nèi)部構(gòu)造有沿著載體元件的載體縱軸線延伸的介質(zhì)通道。優(yōu)選地，載體元件可以在形狀方面被構(gòu)造成空心圓柱形。載體元件可以被傾斜地安裝在固定元件上。為此，固定元件可以在其外周上的至少一個位置處特別地具有球形或半球形突起，該球形或半球形突起可以被安裝在固定元件的在形狀方面與該突起互補(bǔ)的凹槽中。優(yōu)選地，載體元件的縱軸線可以與加工激光束的出口方向成銳角布置。為了控制載體元件的傾斜，固定元件可以例如具有從兩側(cè)將載體元件固定在固定元件中的螺釘(諸如，蝸桿螺釘)和彈簧元件。可以通過改變螺釘?shù)男D(zhuǎn)位置使載體元件壓靠彈簧元件。以這種方式，可以改變載體元件在固定元件中的對準(zhǔn)角或傾斜位置。

13、供應(yīng)裝置還包括長形的基礎(chǔ)元件，該基礎(chǔ)元件可以被接納在載體元件的介質(zhì)通道中，并且在該基礎(chǔ)元件的內(nèi)部構(gòu)造有用于焊接填料的供應(yīng)通道。供應(yīng)通道被構(gòu)造成在激光焊接過程期間引導(dǎo)焊接填料并且向熔池供應(yīng)焊接填料。優(yōu)選地，基礎(chǔ)元件可以在形狀方面被構(gòu)造成空心圓柱形。特別地，供應(yīng)通道可以被構(gòu)造成用于供應(yīng)線狀焊接填料?？商孢x地，供應(yīng)通道也可以被構(gòu)造成用于供應(yīng)粉狀形式的焊接填料。

14、特別地，基礎(chǔ)元件可以安裝在載體元件的介質(zhì)通道中，從而形成環(huán)形間隙。特別地，該間隙可以用作同軸過程氣體供應(yīng)的過程氣體直通線路。

15、供應(yīng)裝置還可以包括第一氣體供應(yīng)元件，該第一氣體供應(yīng)元件具有可以套在基礎(chǔ)元件上并且被安裝在基礎(chǔ)元件和/或載體元件的外周上的空心圓柱形套筒的形式。該安裝優(yōu)選地是可逆的。根據(jù)供應(yīng)裝置要用于的焊接任務(wù)，第一供應(yīng)元件可以被選擇性地附接至供應(yīng)裝置。對于不需要同軸過程氣體供應(yīng)以覆蓋熔池的焊接任務(wù)，可以省略第一氣體供應(yīng)元件，這可以對供應(yīng)裝置的重量和尺寸有積極影響，并且因此對激光焊接裝置的動態(tài)性和/或可達(dá)性有直接的積極影響。例如，基礎(chǔ)元件或載體元件可以具有外螺紋，并且第一氣體供應(yīng)元件可以具有被構(gòu)造成與對應(yīng)外螺紋嚙合的內(nèi)螺紋?？商孢x地，例如，可以提供插入式緊固件，以用于將第一氣體供應(yīng)元件可拆卸地固定至基礎(chǔ)元件和/或載體元件。

16、供應(yīng)裝置還可以包括第二氣體供應(yīng)元件。第二氣體供應(yīng)元件可以安裝在基礎(chǔ)元件和/或載體元件上。在第二氣體供應(yīng)元件的下側(cè)構(gòu)造有長形出口開口。此處，術(shù)語“下側(cè)”指在第二氣體供應(yīng)元件的操作期間(諸如，在焊接過程期間)的方向指示。第二氣體供應(yīng)元件還具有以銳角張開而進(jìn)入出口開口的至少兩個氣體通道。出口開口可以優(yōu)選地由殼體側(cè)向限定。殼體可以可拆卸地安裝在第二氣體供應(yīng)元件的基體上。上述至少兩個傾斜氣體通道以及用于過程氣體供應(yīng)的其他可能的連接通道可以特別地被銑削或鉆入基體中。基體可以優(yōu)選地由鋁或鋁合金制成。出口開口的側(cè)向殼體可以優(yōu)選地由銅或具有良好導(dǎo)熱屬性的其他材料制成。在側(cè)視圖中，第二氣體供應(yīng)元件可以具有平行四邊形或菱形的近似形狀。這種形式已經(jīng)被證明對于將介質(zhì)供應(yīng)引導(dǎo)至焊接過程是有利的。

17、第二氣體供應(yīng)元件可以具有用于接納第一氣體供應(yīng)元件的凹槽。在這種情況下，第一氣體供應(yīng)元件可以可逆地安裝在第二氣體供應(yīng)元件上。以這種方式，第二氣體供應(yīng)元件可以借助于第一氣體供應(yīng)元件被安裝在基礎(chǔ)元件和/或載體元件上。將第一氣體供應(yīng)元件集成至第二氣體供應(yīng)元件中還使得能夠向熔池以及向緊隨熔池之后的固化焊縫同時供應(yīng)氣體。

18、優(yōu)選地，可以針對第一氣體供應(yīng)元件形成第一氣體通道，該第一氣體通道經(jīng)由載體元件與基礎(chǔ)元件之間的間隙從第一氣體連接件延伸，并且該第一氣體通道開口通向由第一氣體供應(yīng)元件與基礎(chǔ)元件之間的環(huán)形間隙形成的環(huán)形出口開口。載體元件與基礎(chǔ)元件之間的間隙可以包括環(huán)形部分以及一個或更多個通道狀部分。為了形成環(huán)形出口開口，基礎(chǔ)元件在其出口端外具有錐形外周。第一氣體供應(yīng)元件在其出口端具有錐形外周。在組裝狀態(tài)下，基礎(chǔ)元件的端部突出超過第一氣體供應(yīng)元件的端部，其中，相應(yīng)圓錐形區(qū)域在軸向方向上至少部分地交疊。以這種方式，形成了環(huán)形間隙，該環(huán)形間隙在焊接過程期間將過程氣體沿著基礎(chǔ)元件的外周以聚焦方式引導(dǎo)至熔池上。

19、第二氣體供應(yīng)元件可以具有單獨(dú)的第二氣體連接件。換言之，第二氣體供應(yīng)元件的氣體連接件獨(dú)立于第一氣體供應(yīng)元件的氣體連接件。以這種方式，同軸氣體供應(yīng)和線性氣體供應(yīng)可以被彼此獨(dú)立地控制，這增加了焊接期間的靈活性，并且在適用的情況下減少了過程氣體消耗。

20、基礎(chǔ)元件和/或第一氣體供應(yīng)元件和/或第二氣體供應(yīng)元件的圍繞長形出口開口(在第二氣體供應(yīng)元件的下側(cè)或下部區(qū)域中)的至少一個殼體可以由銅或銅合金制成?？商孢x地，所討論的元件也可以由具有特別良好導(dǎo)熱屬性的其他材料制成。在焊接過程期間，所討論的元件特別靠近激光束與工件之間的相互作用區(qū)，并且因此會暴露于高溫。由于銅的良好導(dǎo)熱屬性，熱會散發(fā)至供應(yīng)裝置的最近部件中，該最近部件例如可以由鋁制成，并且該最近部件可以優(yōu)選地被主動冷卻(例如，通過在對應(yīng)區(qū)域中布置冷卻通道并且將冷卻通道連接至冷卻系統(tǒng))。供應(yīng)裝置的模塊化設(shè)計意味著可以單獨(dú)更換經(jīng)受特別高熱負(fù)荷的元件，這提高了供應(yīng)元件的整體成本效益。

21、根據(jù)第三方面，提供了用于沿著焊接接頭焊接兩個接合伙伴的方法，該方法可以通過根據(jù)上述變型方案之一的激光焊接裝置實(shí)施。該方法包括通過光學(xué)監(jiān)測單元檢測焊接接頭的走向。此處，相對于加工激光束在啟動時獲取焊接接頭的走向。

22、該方法還包括通過加工激光束沿著焊接接頭在可預(yù)定的進(jìn)給方向上熔化接合伙伴?？梢詫⒂杀O(jiān)測裝置檢測到的焊接接頭的走向與通過焊接程序事先指定的焊接輪廓進(jìn)行比較。在檢測到的走向與指定的焊接輪廓之間有偏差的情況下，可以相應(yīng)地調(diào)整加工激光束的進(jìn)給方向。

23、該方法包括從與進(jìn)給方向相反的方向選擇性地向焊接過程供應(yīng)焊接填料和/或過程氣體。換言之，以引導(dǎo)方式將焊接填料和/或過程氣體供應(yīng)給焊接過程。在這方面，以下述各項(xiàng)的任何獨(dú)占或組合選擇供應(yīng)介質(zhì)：

24、·將焊接填料供應(yīng)給由激光束產(chǎn)生的熔池；

25、·將過程氣體(以定向束)引導(dǎo)至熔池上，以屏蔽熔池；

26、·將過程氣體引導(dǎo)至跟隨熔池的長形區(qū)域上，以屏蔽固化的焊縫。

27、這種選擇性介質(zhì)供應(yīng)使得焊接過程能夠單獨(dú)且高效地適用焊接任務(wù)。

28、優(yōu)選地，可以通過焊接光學(xué)器件將光學(xué)監(jiān)測單元的監(jiān)測激光束與加工激光束至少部分同軸地引導(dǎo)至接合伙伴的表面上，其中，在接合伙伴的表面平面中，監(jiān)測激光束的直徑大于加工激光束的直徑。以這種方式，可以確保監(jiān)測激光束相對于熔池在啟動時獲取焊接接頭。

29、可替選地或附加地，可以在加工激光束之前，沿進(jìn)給方向?qū)⒈O(jiān)測激光束引導(dǎo)至接合伙伴的表面平面上。以這種方式，可以完全獨(dú)立于加工激光束引導(dǎo)監(jiān)測激光束并且將其引導(dǎo)至接合伙伴的表面上，以檢測焊接接頭。