本发明涉及焊接，尤其涉及用激光束加工，具体为一种光纤传输的精密激光焊接装置及方法。
背景技术：
1、在现代工业制造领域，特别是航空航天、汽车制造及精密仪器制造等行业，对管材的焊接质量提出了极高的要求。传统焊接方法，如电弧焊、电阻焊等，在面对复杂形状、高精度要求的管状工件焊接时，往往存在诸多不足。特别是当需要焊接的管状工件之间的轴线形成非同轴的焊接姿态时，传统焊接方法难以实现精确对接和均匀焊接。
2、光纤传输激光焊接是一种先进的焊接技术，它利用光纤作为传输介质，将高能激光束耦合进入光纤，经过远距离传输后，通过准直镜准直为平行光，再聚焦于工件上实施焊接，但是现有技术中的激光焊接装置在应对不同焊接轨迹的管状工件焊接时，存在灵活性不足、焊接质量不稳定等问题。
3、因此，有必要针对现有技术中的不足进行改进，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种光纤传输的精密激光焊接装置及方法。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光纤传输的精密激光焊接装置及方法，包括：设备机架，设置在所述设备机架顶部用于通过光纤传输进行精密激光焊接的激光焊接头，以及安装在所述设备机架顶部用于驱动所述激光焊接头实现三轴移动的三轴平移机构；
3、所述设备机架的内侧底部固定有若干工作台，相邻所述工作台之间用于安装两个管状工件，所述管状工件的一端呈45°倾斜的椭圆型，所述设备机架的一侧安装有用于利用控制器实现全自动焊接加工的控制系统；
4、所述工作台的侧面设置有用于驱动所述管状工件分别实现旋转和平移的旋转平移机构，所述旋转平移机构上安装有用于对所述管状工件进行45°同轴夹持的同心夹持机构，所述激光焊接头的输出端设置有环流组件；
5、所述环流组件包括：固定在所述激光焊接头靠近输出端侧面的环形方管，固定在所述环形块底部的若干环形锥管，以及固定在所述环形块侧面的连接管。
6、本发明一个较佳实施例中，若干所述环形锥管和所述连接管的内部均所述环形方管的内部贯通，所述环形锥管与所述环形方管连通处的截面积大于所述环形锥管底部的截面积。
7、本发明一个较佳实施例中，所述旋转平移机构包括：设置在所述工作台一侧用于将旋转运动转为直线运动的平移组件；所述平移组件中的驱动源与所述控制系统电性连接。
8、本发明一个较佳实施例中，所述旋转平移机构还包括：固定在所述工作台一侧的伺服电机，固定在所述伺服电机输出端的主动锥齿轮，以及转动连接在所述工作台上的转轴；所述转轴的一端与所述平移组件固定，另一端固定有从动锥齿轮，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合，所述伺服电机与所述控制系统电性连接。
9、本发明一个较佳实施例中，所述同心夹持机构包括：固定在所述平移组件中平移板顶部的锥形块，固定在所述锥形块一侧的定位柱，以及开设在所述定位柱侧面的若干通槽；所述定位柱的内侧设置有若干同轴顶出组件；所述锥形块的截面形状为等腰直角三角形，直角边与所述平移组件中的平移板顶部固定，倾斜边与所述定位柱的一端固定。
10、本发明一个较佳实施例中，所述同轴顶出组件包括：固定在所述定位柱内侧的固定筒，转动连接在所述固定筒内侧的转动片，以及固定在所述固定筒内侧的微型电机；所述转动片的表面开设有若干弧形滑槽，若干所述通槽的内侧滑动连接有若干顶块，所述顶块朝向所述转动片的一侧固定有凸块，所述凸块的侧面卡接在所述弧形滑槽的内侧，所述管状工件的内侧套接在所述定位柱的侧面。
11、本发明一个较佳实施例中，所述微型电机的输出端与所述转动片的一侧固定，所述微型电机与所述控制系统电性连接；所述定位柱为中空圆柱型，所述固定筒为一端开口，另一端闭合的圆柱型；若干所述弧形滑槽周向均匀分布在所述转动片的表面，所述顶块和所述凸块均与所述弧形滑槽的数量以及分布方式相同。
12、本发明一个较佳实施例中，所述顶块朝向所述通槽外部的侧面设置有防滑纹，且与所述管状工件的内侧接触。
13、本发明提供一种光纤传输的精密激光焊接装置的使用方法，包括以下步骤：
14、s1、将两个待焊接的管状工件，通过同心夹持机构，使其呈45°同轴夹持在旋转平移机构上；
15、s2、通过旋转平移机构，驱动相邻工作台之间的两个管状工件呈45°倾斜的一端，相互靠近至合适的激光焊接间隙，使两个管状工件之间呈90°夹角；
16、s3、确定激光焊接时的关键参数，分别计算管状工件椭圆端在长轴和短轴时的焊接运动速度，将焊接运动速度以及关键参数通过控制系统进行自动化焊接程序的编程；
17、s4、将连接管的一端外接至氩气输送设备，控制系统控制三轴平移机构，驱动激光焊接头分别在x轴、y轴或z轴的方向进行平移，使激光焊接头移动至两个管状工件之间的焊接部位；
18、s5、控制系统控制激光焊接头进行激光焊接操作，同时旋转平移机构驱动两个管状工件，分别匹配在长轴和短轴时的焊接运动速度进行旋转，在旋转过程中，三轴平移机构驱动激光焊接头，跟随旋转状态进行x轴、y轴或z轴方向的移动；
19、s6、在激光焊接操作中，由氩气输送设备将氩气由连接管输送至环形方管内，并由环形方管底部的多个环形锥管向下喷射，使其在激光焊接头的底部以及激光焊接点的周向，形成多层环流的保护气体用于提高焊接质量；
20、s7、完成两个管状工件焊接部位的焊接后，控制同心夹持机构取消对管状工件的夹持，控制旋转平移机构驱动两个管状工件旋转朝下，并缓慢驱动同心夹持机构朝向工作台一侧移动，使焊接后的管状工件受重力作用，从同心夹持机构上脱离完成取料，从而完成使用。
21、本发明一个较佳实施例中，在所述s3的步骤中，所述关键参数包括：焊接功率、离焦量、椭圆长轴和椭圆短轴；
22、所述管状工件椭圆端的长轴焊接运动速度：，短轴焊接运动速度：，且；
23、其中，是焊接效率系数，用于考虑焊接过程中的能量损失；是功率调整函数，用于考虑焊接功率对焊接运动速度的非线性影响，,其中是参考功率值；是离焦量影响函数，用于模拟离焦量对焊接运动速度的复杂影响，，其中是自然对数的底数，是离焦量分布的标准差，用于控制函数的形状；和是调整因子，用于确保，其中。
24、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
25、（1）本发明提供了一种光纤传输的精密激光焊接装置及方法，通过利用光纤传输进行激光焊接，可以应对管状工件之间形成的直角焊接区域，能够实现柔性传输和非接触的高精度焊接，具有较好的灵活性，同时在激光焊接时，通过分别匹配在长轴和短轴时的焊接运动速度进行旋转，可以确保在长轴和短轴部位上的能量分布均匀，避免速度过快或过慢，导致焊缝宽度或深度的不均以及出现烧穿的情况发生，进而在焊接后可以获得较好的焊缝深宽比，有助于形成均匀的焊缝，并减少气孔和裂纹等焊接缺陷，从而提高焊接后的力学性能以及耐受性。
26、（2）本发明中，通过在激光焊接头的输出端设置环流组件，在激光焊接操作中，通过环形方管、若干环形锥管和连接管的配合，可以在激光焊接头的激光端呈多层环流状向下周向喷射，能够确保保护气体从多个层面和角度均匀地覆盖焊接区域，有效防止空气中的杂质或氧气侵入熔池，减少焊接时的氧化和污染风险，同时能够改善熔池的流动状态，使可能存在的气泡被带到熔池表面并逸出，进而降低焊接后气孔形成的概率，从而能够减少焊接缺陷的产生，有助于提高焊接质量。
27、（3）本发明中，通过在旋转平移机构上安装同心夹持机构，在对管状工件进行夹持时，通过锥形块、定位柱、若干通槽和若干同轴顶出组件的配合下，可以将管状工件同心夹持在定位柱的侧面，并与平面呈45°夹角，同时由于管状工件的一端呈45°倾斜的椭圆型，分别被同心夹持在相邻工作台之间的两个管状工件，之间的轴线会呈垂直的90°夹角状态，可以确保两个管状工件待焊接的椭圆型一端准确对接，进而在激光焊接时，能够避免因对接偏移，造成焊接产生的热应力和机械应力分布不均，能够对焊缝的均匀性和一致性更容易得到保证，有助于减少焊接缺陷的发生。
1.一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于，包括：设备机架，设置在所述设备机架顶部用于通过光纤传输进行精密激光焊接的激光焊接头，以及安装在所述设备机架顶部用于驱动所述激光焊接头实现三轴移动的三轴平移机构；
2.根据权利要求1所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：若干所述环形锥管和所述连接管的内部均所述环形方管的内部贯通，所述环形锥管与所述环形方管连通处的截面积大于所述环形锥管底部的截面积。
3.根据权利要求1所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述旋转平移机构包括：设置在所述工作台一侧用于将旋转运动转为直线运动的平移组件；所述平移组件中的驱动源与所述控制系统电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述旋转平移机构还包括：固定在所述工作台一侧的伺服电机，固定在所述伺服电机输出端的主动锥齿轮，以及转动连接在所述工作台上的转轴；所述转轴的一端与所述平移组件固定，另一端固定有从动锥齿轮，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合，所述伺服电机与所述控制系统电性连接。
5.根据权利要求3所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述同心夹持机构包括：固定在所述平移组件中平移板顶部的锥形块，固定在所述锥形块一侧的定位柱，以及开设在所述定位柱侧面的若干通槽；所述定位柱的内侧设置有若干同轴顶出组件；所述锥形块的截面形状为等腰直角三角形，直角边与所述平移组件中的平移板顶部固定，倾斜边与所述定位柱的一端固定。
6.根据权利要求5所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述同轴顶出组件包括：固定在所述定位柱内侧的固定筒，转动连接在所述固定筒内侧的转动片，以及固定在所述固定筒内侧的微型电机；所述转动片的表面开设有若干弧形滑槽，若干所述通槽的内侧滑动连接有若干顶块，所述顶块朝向所述转动片的一侧固定有凸块，所述凸块的侧面卡接在所述弧形滑槽的内侧，所述管状工件的内侧套接在所述定位柱的侧面。
7.根据权利要求6所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述微型电机的输出端与所述转动片的一侧固定，所述微型电机与所述控制系统电性连接；所述定位柱为中空圆柱型，所述固定筒为一端开口，另一端闭合的圆柱型；若干所述弧形滑槽周向均匀分布在所述转动片的表面，所述顶块和所述凸块均与所述弧形滑槽的数量以及分布方式相同。
8.根据权利要求6所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置，其特征在于：所述顶块朝向所述通槽外部的侧面设置有防滑纹，且与所述管状工件的内侧接触。
9.基于权利要求1-8中任一项所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种光纤传输的精密激光焊接装置的使用方法，其特征在于：在所述s3的步骤中，所述关键参数包括：焊接功率、离焦量、椭圆长轴和椭圆短轴；
