CN101239421A - 数控暖气片激光焊接机 - Google Patents
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Abstract
一种数控暖气片激光焊接机，包括：高功率激光器、导光装置、暖气片工装模具和数控系统组成，其特点是机床中的暖气片压模根据暖气片焊接轨迹要求，分为两组压模。一组是完成暖气片周边环焊压模，一组是完成暖气片中间水道加强焊压模，每组压模分别由上模具和下模具组成，上下模具压紧时施力使一组暖气片在焊接部位上下两面贴紧，并能将激光束射入焊接面，使其焊牢封闭。通过数控系统实现自动控制，完成两片暖气片的平面激光封闭叠焊。本发明一台焊机可完成暖气片的点焊、爆点焊、圆周焊、水道焊等多个焊接工序的全部平面焊，具有速度快、密封好、工效高的特点。
Description
技术领域
本发明是一种激光焊接机，特别是一种用于电暖器(包括油汀、水汀)等薄板型暖气片的数控暖气片激光焊接机。
背景技术
目前，电暖器(包括油汀、水汀等)的生产是采用电阻焊制造的，整个暖气片的生产环节多、工效低、废品率高，从一张板材到成品要经过冲压、拉伸、排焊、缝焊、点焊、爆点焊和圆周焊，才基本成型完成，每道工序就有一台专用焊接机床，平均生产一个电暖汀，焊接工时约4分钟1件。而且涉及生产设备多，效率低，工耗大。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术的不足，提供一种数控暖气片激光焊接机，要求该激光焊机能将暖气片的点焊、爆点焊、圆周焊、水道焊，多个焊接工序集中在该台设备上快速完成，实现暖气片的高强度密封的封焊。
本发明的技术解决方案如下：
一种数控暖气片激光焊接机，包括：高功率激光器、导光装置、暖气片工装模具和数控系统组成，其特点是：
所述的导光装置包括水平横向导轨、第一电机和滑动板，该滑动板上设有反射镜和聚焦镜并构成激光焊接头，所述的高功率激光器发出的激光束经所述的反射镜反射和聚焦镜聚焦后照射在待焊接的暖气片的表面，该激光焊接头在第一电机的驱动下沿所述的水平横向导轨作横向运动；
所述的暖气片工装模具，分成两个工装组水平地分设在焊接机的机床上，第一工装组主要完成暖气片的周边环焊称为周边环焊工装组，第二工装组主要完成暖气片中间水道节点的加强焊，称为加强焊工装组：
所述的周边环焊工装组，包括周边环焊上压模和周边环焊下压模，该周边环焊上压模的四角设有合模压紧装置，该周边环焊下压模还设有由第二气缸和周边环焊定向导轨构成下压模的装卸机构，上述工装夹具全部安装在该环焊模具座上，整个环焊模具座安装在环焊传动箱上，该环焊传动箱主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第二电机的轴相连，由数控系统控制第二电机通过所述的丝杠驱动所述的环焊模具座在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的加强焊工装组包括加强焊上压模和加强焊下压模，该加强焊上压模的四角设有合模压紧装置，所述的加强焊下压模设有由第四气缸和加强焊定向导轨构成的加强焊下压模装卸机构，上述工装夹具全部安装在加强焊模具座上，整个加强焊模具座安装在加强焊传动箱上，该加强焊传动箱主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第三电机的轴相连，由所述的数控系统控制第三电机通过所述的丝杠驱动所述的加强焊模具座在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的数控系统，根据激光焊接的工况，自动控制第一电机、第二电机和第三电机，有机地驱动激光焊接头作横向运动，工装夹具作纵向运动，合作完成暖气片的平面外围周边环焊和暖气片水道的加强焊。
所述的高功率激光器是快速轴流高功率CO2激光器，或低阶模横流CO2激光器。
所述的合模压紧装置是气动气缸，或是电磁力压紧装置。
所述的周边环焊上压模和周边环焊下压模是根据暖气片周边环焊轨迹制作的压模，周边环焊上压模和周边环焊下压模合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的周边环焊上压模是一块中间根据暖气片外围尺寸镂空的平板，平板镂空的边正好压紧暖气片，且露出焊接焊缝位置，当激光环周边焊接时不挡光，所述的周边环焊下压模是根据暖气片尺寸设计的，待环焊的暖气片置于周边环焊下压模上并被精确定位。
所述的加强焊上压模和加强焊下压模是根据暖气片加强焊轨迹制作的，加强焊上压模和加强焊下压模合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的加强焊上压模是一块根据暖气片水道焊的位置和尺寸开有多段长孔的平板，所述的加强焊下压模是根据暖气片尺寸设计的，待焊水道的暖气片置于加强焊下压模上并被精确定位。
所述的聚焦镜可以采取透射式聚焦镜，也可采用反射式聚焦镜。
本发明的技术效果：
1、本发明根据暖气片焊接要求，把焊接工序分解成二次焊接，一次是暖气片的外围环焊，另一次暖气片水道的中间加强焊，因此，设备实施两组焊接工位，一个工位专门实施暖气片的周边环形焊接，另一工位专门实施暖气片的中间水道焊接，两个工位交替焊接由数控系统控制激光焊接头和工件作两维运动，在一台焊机上完成暖气片的全部平面焊。
2、待焊暖气片放在由上压模和下压模组成的工装夹具之间，采用气动技术压紧待焊的暖气片焊缝处，激光扫射工件进行激光焊接，以保证焊接质量。
3、待焊的暖气片采用气动技术送料，焊完后采用气动技术出料。
4、一个工位在焊时，另一个工位上料待焊，一个工位焊完后出料，另一个工位自动进料，交替进行焊接，这样提高了工作效率。
总之本发明在一台焊机上完成暖气片的点焊、爆点焊、圆周焊、水道焊等多个焊接工序的全部平面焊，具有速度快、密封好、工效高的特点。
附图说明
图1是本发明所要焊接的具体暖气片及其焊缝轨迹的示意图
图2是本发明数控暖气片激光焊接机的导光光路及工装夹具主视示意图
图3是图2的俯视图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明所要焊接的具体暖气片及其焊缝轨迹的示意图，本发明所焊接的暖气片是由两块薄金属板面对面焊接而成的，图1中粗实线表示焊缝位置，焊缝101是暖气片周边环焊，焊缝102、103是水水道加强焊，焊缝104是爆点焊，两片暖气片焊接后要求不泄漏液体，且能承受一定的压力的液体在夹缝中流动而不损坏。
请参阅图2和图3，图2是本发明数控暖气片激光焊接机的导光光路及工装夹具主视图，图3是本发明数控暖气片激光焊接机的工装夹具的俯视图。由图可见，本发明实施例数控暖气片激光焊接机，包括：高功率激光器、导光装置、暖气片工装模具和数控系统(图中未示)组成：所述的导光装置包括水平横向导轨2、第一电机5和滑动板4，该滑动板4上设有反射镜3和聚焦镜6并构成激光焊接头，本实施例的聚焦镜6是一聚焦透镜，所述的高功率激光器发出的激光束1经所述的反射镜3反射和聚焦镜6聚焦后照射在待焊接的暖气片的表面，该激光焊接头在第一电机5的驱动下沿所述的水平横向导轨2作横向运动；
所述的暖气片工装模具，分成两个工装组，第一工装组主要完成暖气片的周边环焊称为周边环焊工装组，第二工装组主要完成暖气片中间水道节点的加强焊，称为加强焊工装组：
所述的周边环焊工装组，包括周边环焊上压模11和周边环焊下压模12，该周边环焊上压模11的四角设有合模压紧装置，该合模压紧装置是第一气缸13，该第一气缸13作上下升降运动，往下，以压紧暖气片，向上，可以退出暖气片，该周边环焊下压模12还设有由第二气缸17和周边环焊定向导轨18构成下压模的装卸机构，该周边环焊下压模12通过第二气缸17和定向导轨18将暖气片送进、送出，上述工装夹具全部安装在环焊模具座14上，整个环焊模具座安装在环焊传动箱15上，该环焊传动箱15主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第二电机16的轴相连，由数控系统控制第二电机16通过所述的丝杠驱动所述的环焊模具座14在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的加强焊工装组包括加强焊上压模21和加强焊下压模22，该加强焊上压模21的四角设有合模压紧装置，该合模压紧装置是第三气缸23，该第三气缸23可作上下升降运动，往下，以压紧工件暖气片，向上，以退出工件。所述的加强焊下压模22设有由第四气缸27和加强焊定向导轨28构成的加强焊下压模22装卸机构，该加强焊下压模22在第四气缸27的驱动下沿加强焊定向导轨28将暖气片送进、送出。上述工装夹具全部安装在加强焊模具座24上，整个加强焊模具座安装在加强焊传动箱25上，该加强焊传动箱25主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第三电机26的轴相连，由所述的数控系统控制第三电机26通过所述的丝杠驱动所述的加强焊模具座(24)在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的数控系统具有数控功能，根据激光焊接的工况，自动控制第一电机5、第二电机16和第三电机26，有机地驱动激光焊接头作横向运动，工装夹具作纵向运动，完成暖气片的平面外围周边环焊和暖气片水道的加强焊。
所述的周边环焊上压模11和周边环焊下压模12是根据暖气片周边环焊轨迹制作的压模，周边环焊上压模11和周边环焊下压模12合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的周边环焊上压模11是一块中间根据暖气片外围尺寸镂空的平板，平板镂空的边正好压紧暖气片，且露出焊接焊缝位置，当激光环周边焊接时不挡光，所述的周边环焊下压模12是根据暖气片尺寸设计的，待环焊的暖气片19置于周边环焊下压模12上并被精确定位。
所述的加强焊上压模21和加强焊下压模22是根据暖气片加强焊轨迹制作的，加强焊上压模21和加强焊下压模22合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的加强焊上压模21是一块根据暖气片水道焊的位置和尺寸开有多段长孔的平板，所述的加强焊下压模22是根据暖气片尺寸设计的，待焊水道的暖气片29置于加强焊下压模22上并被精确定位。
本实施例采用的激光发生器是低阶模横流CO2激光器，输出激光束1入射到反射镜3镜面上，改变传输方向，通过聚焦镜6，聚焦到焊接工件表面。反射镜3和聚焦镜6被安装在滑动板4上，在第一电机5驱动下可以沿着导轨2左右横向运动，从而来控制光束的运动。聚焦镜6具有调焦机构，可以上下升降以改变焦距。
本发明装置通过数控系统的数控控制，激光焊接头作横向运动，工装夹具作纵向运动。通过数控编程，控制聚焦头和工装夹具的运动，完成暖气片的平面外围周边环焊和暖气片水道的加强焊。
本发明的两组工装模具是左右交替焊接的，即一组工装模具在焊接时，另一组工装模具处在送料状态。一组焊完后，工件退出时，另一组进料，进入焊接，整机焊接效率高。
本实施例的激光器采用的是HHJ-5000横流CO2激光器，输出模式为TEM02模，焊接的激光功率在3500W左右，光束聚焦采用反射式聚焦镜，焦聚f＝100～120mm，焊接速度在9～12m/min，暖气片采用0.5mm冲压成型的成型片，焊完一片暖气片时间20～25秒，经过充气扩压测试＞0.55MPa超过电阻焊的抗压强度。
Claims (6)
1、一种数控暖气片激光焊接机，包括：高功率激光器、导光装置、暖气片工装模具和数控系统组成，其特征在于：
所述的导光装置包括水平横向导轨(2)、第一电机(5)和滑动板(4)，该滑动板(4)上设有反射镜(3)和聚焦镜(6)并构成激光焊接头，所述的高功率激光器发出的激光束(1)经所述的反射镜(3)反射和聚焦镜(6)聚焦后照射在待焊接的暖气片的表面，该激光焊接头在第一电机(5)的驱动下沿所述的水平横向导轨(2)作横向运动；
所述的暖气片工装模具，分成两个工装组水平地分设在焊接机的机床上，第一工装组主要完成暖气片的周边环焊称为周边环焊工装组，第二工装组主要完成暖气片中间水道节点的加强焊，称为加强焊工装组：
所述的周边环焊工装组，包括周边环焊上压模(11)和周边环焊下压模(12)，该周边环焊上压模(11)的四角设有合模压紧装置，该周边环焊下压模(12)还设有由第二气缸(17)和周边环焊定向导轨(18)构成下压模的装卸机构，上述工装夹具全部安装在环焊模具座(14)上，整个环焊模具座安装在环焊传动箱(15)上，该环焊传动箱(15)主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第二电机(16)的轴相连，由数控系统控制第二电机(16)通过所述的丝杠驱动所述的环焊模具座(14)在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的加强焊工装组包括加强焊上压模(21)和加强焊下压模(22)，该加强焊上压模(21)的四角设有合模压紧装置，所述的加强焊下压模(22)设有由第四气缸(27)和加强焊定向导轨(28)构成的加强焊下压模(22)装卸机构，上述工装夹具全部安装在加强焊模具座(24)上，整个加强焊模具座安装在加强焊传动箱(25)上，该加强焊传动箱(25)主要安装有直线导轨和丝杠，该丝杠的一端与第三电机(26)的轴相连，由所述的数控系统控制第三电机(26)通过所述的丝杠驱动所述的加强焊模具座(24)在所述的直线导轨上作纵向直线运动；
所述的数控系统，根据激光焊接的工况，自动控制第一电机(5)、第二电机(16)和第三电机(26)，有机地驱动激光焊接头作横向运动，工装夹具作纵向运动，完成暖气片的平面外围周边环焊和暖气片水道的加强焊。
2、根据权利要求1所述的数控暖气片激光焊接机，其特征在于：所述的高功率激光器是快速轴流高功率CO2激光器，或低阶模横流CO2激光器。
3、根据权利要求1所述的数控暖气片激光焊接机，其特征在于：所述的合模压紧装置是气动气缸，或是电磁力压紧装置。
4、根据权利要求1所述的数控暖气片激光焊接机，其特征在于：所述的周边环焊上压模(11)和周边环焊下压模(12)是根据暖气片周边环焊轨迹制作的压模，周边环焊上压模(11)和周边环焊下压模(12)合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的周边环焊上压模(11)是一块中间根据暖气片外围尺寸镂空的平板，平板镂空的边正好压紧暖气片，且露出焊接焊缝位置，当激光环周边焊接时不挡光，所述的周边环焊下压模(12)是根据暖气片尺寸设计的，待环焊的暖气片(19)置于周边环焊下压模(12)上并被精确定位。
5、根据权利要求1所述的数控暖气片激光焊接机，其特征在于：所述的加强焊上压模(21)和加强焊下压模(22)是根据暖气片加强焊轨迹制作的，加强焊上压模(21)和加强焊下压模(22)合拢时能借助所述的合模压紧装置保证暖气片上下两件的待焊处压紧，而且激光能直接辐照到焊接处，所述的加强焊上压模(21)是一块根据暖气片水道焊的位置和尺寸开有多段长孔的平板，所述的加强焊下压模(22)是根据暖气片尺寸设计的，待焊水道的暖气片(29)置于加强焊下压模(22)上并被精确定位。
6、、根据权利要求1所述的数控暖气片激光焊接机，其特征在于：所述的聚焦镜(6)可以采取透射式聚焦镜，也可采用反射式聚焦镜。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI CENTRAL CHINA LEI OU LASER EQUIPMENT CO., Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI OPTICAL PRECISION MACHINERY INST., CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Effective date: 20110815 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 201800 JIADING, SHANGHAI TO: 201821 JIADING, SHANGHAI |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110815 Address after: 201821 Shanghai Zhaoxian Road No. 200 Patentee after: Shanghai Zhong Zhong Ou laser equipment Co., Ltd. Address before: 201800 Shanghai 800-211 post office box Patentee before: Shanghai Optical Precision Machinery Inst., Chinese Academy of Sciences |
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| CI01 | Publication of corrected invention patent application |
Correction item: Name|Address|Co-patentee Correct: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics.CAS, Chinese Academy of Sciences| 201800 Shanghai 800-211 post office box office|Shanghai Huazhong thunder gull laser equipment Co., Ltd. False: Shanghai Zhong Zhong Ou laser equipment Co., Ltd.|201821 Shanghai Zhaoxian Road No. 200 Number: 38 Volume: 27 |
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| ERR | Gazette correction |
Free format text: CORRECT: NAME; ADDRESS; CO-PATENTEE; FROM: SHANGHAI LEO LASER CO., LTD.:201821 JIADING, SHANGHAI TO: SHANGHAI OPTICAL PRECISION MACHINERY INST., CHINESE ACADEMY OF SCIENCES:201800 JIADING, SHANGHAI; SHANGHAI LEO LASER CO., LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091007 Termination date: 20150314 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |