CN102059455A - 蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统 - Google Patents

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Abstract

蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，它涉及一种激光双侧同步焊接系统。本发明为了解决现有的双光束的焊接装置存在所需激光功率大，易导致分光镜烧蚀而损坏，而且激光入射角度调节不便，调节范围窄，焊接时离焦量的选择受限制的问题。本发明的套筒套装在第三管筒上，套筒与第三管筒之间设有轴承，刻度环套装在第三管筒上，第一连接板与送丝装置之间通过第二连接板连接，调高块旋拧在第四管筒的下端，空气刀上开设至少一个侧吹气体孔，喷嘴与第三连接板之间通过柔性管连接，两个焊接装置相对设置，且两个焊接装置设置在待焊试件装夹装置的上方，蒙皮-骨架装夹在待焊试件装夹装置上。本发明适用于蒙皮-骨架结构的焊接。

Description

蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统
技术领域
本发明涉及一种激光双侧同步焊接系统，具体涉及一种蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统。
背景技术
在汽车与航空航天工业中，为了减轻构件自重，提高运载能力，越来越多地采用薄壁型轻量化结构，尤其是蒙皮-骨架结构备受青睐。相对于铆接和粘接，焊接生产效率高，接头强度大，逐渐成为蒙皮-骨架结构连接最主要的方法之一。但是，传统的焊接方法(如电弧焊和等离子体弧焊等)，热输入大，焊接速度低，焊接应力和变形大。
激光焊接与传统焊接方法相比，具有能量密度高，热输入低，热影响区窄，焊缝深宽比大，工件产生收缩与变形较小等诸多优点。采用两台型号相同的激光器双侧同步焊接蒙皮-骨架结构，可以使焊缝两侧的加热和冷却同时进行，但降低了接头的变形，对薄壁板的焊接效果尤为显著。
目前，针对激光焊接蒙皮-骨架结构主要采用的双光束的焊接装置，该焊接装置是通过一个分光镜将一束激光分为两束，所以需要较大的激光功率，很容易导致分光镜烧蚀而损坏，另外该焊接装置对于激光入射角度调节不方便并且调节范围窄，同时对于焊接时离焦量的选择受限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的双光束的焊接装置存在所需激光功率大，易导致分光镜烧蚀而损坏，而且激光入射角度调节不便，调节范围窄，焊接时离焦量的选择受限制的问题，进而提供一种蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统。
本发明的技术方案是：蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统包括两个焊接装置，每个焊接装置均包括第一管筒、第一反光镜、第二管筒和第二反光镜，每个焊接装置还包括第三管筒、套筒、刻度环、至少一个轴承、第一连接板、送丝装置、聚焦镜、第四管筒、带有内螺纹的调高块、第二连接板、柔性管、喷嘴、第三连接板和空气刀，所述激光双侧同步焊接系统还包括待焊试件装夹装置，第一管筒、第二管筒、第三管筒和第四管筒由上至下依次在同一平面内并垂直连接，第一管筒与第二管筒的交汇处设有第一反光镜，第二管筒与第三管筒的交汇处设有第二反光镜，第三管筒与第四管筒的交汇处设有聚焦镜，套筒套装在第三管筒上，套筒与第三管筒之间设有至少一个轴承，且套筒通过螺栓固定在第三管筒上，刻度环套装在第三管筒上，且刻度环与第三管筒制成一体，第一连接板设置在第三管筒上，第一连接板与送丝装置之间通过第二连接板连接，第四管筒的下端设有外螺纹，带有内螺纹的调高块旋拧在第四管筒的下端，空气刀设置在带有内螺纹的调高块的下方，且带有内螺纹的调高块与空气刀之间通过第三连接板连接，空气刀上开设至少一个侧吹气体孔，喷嘴与第三连接板之间通过柔性管连接，两个焊接装置相对设置，且两个焊接装置设置在待焊试件装夹装置的上方，蒙皮-骨架装夹在待焊试件装夹装置上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明通过旋转两个激光焊接装置的位置和角度，有效的提高了焊接几何空间的灵活性，使得激光入射角度调节方便灵活，且调节范围宽，避免了焊接时离焦量的选择受限制的问题。2.本发明采用空气刀进行侧吹保护气体，有效的降低了焊接过程中产生的金属飞溅对聚焦镜的污染，延长了聚焦镜的工作时间。3.本发明与双光束相比，每个焊接装置需要的激光功率小，消除了分光镜因烧蚀而损坏的现象。4.本发明结构简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明一个焊接装置的结构示意图；图3是待焊试件装夹装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统包括两个焊接装置，每个焊接装置均包括第一管筒1、第一反光镜2、第二管筒4和第二反光镜5，每个焊接装置还包括第三管筒6、套筒7、刻度环8、至少一个轴承9、第一连接板10、送丝装置11、聚焦镜12、第四管筒13、带有内螺纹的调高块14、第二连接板15、柔性管16、喷嘴17、第三连接板18和空气刀19，所述激光双侧同步焊接系统还包括待焊试件装夹装置，两个焊接装置相对设置，且两个焊接装置设置在待焊试件装夹装置的上方，蒙皮-骨架装夹在待焊试件装夹装置上，第一管筒1、第二管筒4、第三管筒6和第四管筒13由上至下依次在同一平面内并垂直连接，第一管筒1与第二管筒4的交汇处设有第一反光镜2，第二管筒4与第三管筒6的交汇处设有第二反光镜5，第三管筒6与第四管筒13的交汇处设有聚焦镜12，套筒7套装在第三管筒6上，套筒7与第三管筒6之间设有至少一个轴承9，且套筒7通过螺栓固定在第三管筒6上，刻度环8套装在第三管筒6上，且刻度环8与第三管筒6制成一体，第一连接板10设置在第三管筒6上，第一连接板10与送丝装置11之间通过第二连接板15连接，第四管筒13的下端设有外螺纹，带有内螺纹的调高块14旋拧在第四管筒13的下端，带有内螺纹的调高块14与空气刀19之间设有第三连接板18并连接，空气刀19上开设至少一个侧吹气体孔19-1，喷嘴17与第三连接板18之间通过柔性管16连接。
本实施方式通过套筒7、刻度环8和轴承9的旋转带动焊接装置与第一连接板10绕X轴整体旋转，从而实现激光束入射角度大小的调整，并通过刻度环8精确读取激光束入射角度的数值，调整到所需角度之后将套筒7固定。调整聚焦镜12的位置并进行微调，实现激光束的垂直射出。
本实施方式通过旋转带有内螺纹的调高块14来带动空气刀19在垂直方向的升降，从而改变空气刀13与工件之间的距离。空气刀19上开设至少一个侧吹气体孔19-1，通过吹侧吹空气来减少焊接飞溅对聚焦镜12的污染。
本实施方式采用柔性管16输送保护气，可以更好的调节喷嘴17的高度与角度，以便更好的保护焊接过程中形成的熔池。
本实施方式的第一连接板10与送丝装置11处于相同平面内，并互成一定夹角分布。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的送丝装置11包括送丝杆11-1、夹持杆11-2和送丝嘴11-3，送丝杆11-1设置在第二连接板15上，夹持杆11-2转动安装在送丝杆11-1上，送丝嘴11-3夹装在夹持杆11-2上。如此设置，通过调整第一连接板10、第二连接板15、送丝杆11-1和夹持杆11-2的相对位置来实现送丝嘴11-3在X、Y、Z三个方向的精确调节，最终实现送丝杆11-1、夹持杆11-2和送丝嘴11-3之间相对位置的精确分布，送丝嘴11-3经过送丝导管与送丝机相连，同时，通过轴承9与套筒7的旋转带动第一连接板10的旋转实现送丝装置11与焊接装置的同步旋转。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的第四管筒13与第三管筒6制成一体。如此设置，便于安装及精度的保证。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的第一管筒1、第二管筒4、第三管筒6和第四管筒13均为铝合金管筒。如此设置，选材容易，无需特制，成本低。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的轴承9的数量为1-6个。如此设置，便于根据焊接装置的大小来选择合适数量的轴承9。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的所述待焊试件装夹装置包括装夹底板20、第一定位桩21、第二定位桩22和檩条23，第一定位桩21和第二定位桩22分别设置在装夹底板20上，且第一定位桩21和第二定位桩22位于装夹底板20的两侧，第一定位桩21和第二定位桩22的中心线在同一条水平线上，第一定位桩21上设有第一定位凹槽21-1，第二定位桩22上设有第二定位凹槽22-1，檩条23的一端转动安装在第一定位桩21的第一定位凹槽21-1上，檩条23的另一端卡装在第二定位桩22的第二定位凹槽22-1上。如此设置，既可以保证骨架与蒙皮之间垂直放置，减少了二者之间的装夹间隙，有效的降低了由于焊接过程中的热输入所造成的挠曲变形与角变形。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的待焊试件装夹装置还包括多个压紧螺钉24，多个压紧螺钉24均匀设置在檩条23上。如此设置，不但便于各个压紧螺钉24拧紧的程度一致，同时，也减少了二者之间的装夹间隙，有效的降低了由于焊接过程中的热输入所造成的挠曲变形与角变形。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式的第一定位桩21的内侧设有骨架定位槽21-2。如此设置，便于蒙皮-骨架的装夹。其它组成和连接关系与具体实施方式一或七相同。
具体实施方式九：结合图3说明本实施方式，本实施方式的第二定位桩22还包括骨架挡块22-2和压紧滑块22-3，骨架挡块22-2设置在第二定位桩22的内侧，压紧滑块22-3设置在与骨架挡块22-2相对一侧的第二定位桩22的内侧。如此设置，不但便于蒙皮-骨架的装夹的装夹，还使得装夹更加牢固，有效的降低了由于焊接过程中的热输入所造成的挠曲变形与角变形。其它组成和连接关系与具体实施方式六、七或八相同。
本发明的工作过程是：
装夹蒙皮-骨架：松开压紧螺钉24并抬起檩条23，将蒙皮放置在第一定位桩21和第二定位桩22之间，骨架的一端垂直插入骨架定位槽21-2内，骨架的另一侧依靠压紧滑块22-3夹持固定，放下檩条23，最后拧紧压紧螺钉24，并尽可能保证各个压紧螺钉24拧紧的程度一致。此时，及完成了蒙皮-骨架结构的装夹。
调试焊接装置：蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统包括两个激光器、两套独立的光路系统、两套独立的保护气和两套送丝系统。激光束分别与两台激光器相连，分别借助光路系统完成激光束的调节。选定激光入射角度，使激光束定位到由骨架和蒙皮所组成结构的焊接部位，并且调节喷嘴17、送丝嘴11-3和激光束的相对位置。通过机床的带动来实现焊缝沿X轴方向的移动。调试完毕后，即可进行蒙皮-骨架结构激光双侧同步焊接。

Claims (9)

1.一种蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，它包括两个焊接装置，每个焊接装置均包括第一管筒(1)、第一反光镜(2)、第二管筒(4)和第二反光镜(5)，其特征在于：每个焊接装置还包括第三管筒(6)、套筒(7)、刻度环(8)、至少一个轴承(9)、第一连接板(10)、送丝装置(11)、聚焦镜(12)、第四管筒(13)、带有内螺纹的调高块(14)、第二连接板(15)、柔性管(16)、喷嘴(17)、第三连接板(18)和空气刀(19)，所述激光双侧同步焊接系统还包括待焊试件装夹装置，第一管筒(1)、第二管筒(4)、第三管筒(6)和第四管筒(13)由上至下依次在同一平面内并垂直连接，第一管筒(1)与第二管筒(4)的交汇处设有第一反光镜(2)，第二管筒(4)与第三管筒(6)的交汇处设有第二反光镜(5)，第三管筒(6)与第四管筒(13)的交汇处设有聚焦镜(12)，套筒(7)套装在第三管筒(6)上，套筒(7)与第三管筒(6)之间设有至少一个轴承(9)，且套筒(7)通过螺栓固定在第三管筒(6)上，刻度环(8)套装在第三管筒(6)上，且刻度环(8)与第三管筒(6)制成一体，第一连接板(10)设置在第三管筒(6)上，第一连接板(10)与送丝装置(11)之间通过第二连接板(15)连接，第四管筒(13)的下端设有外螺纹，带有内螺纹的调高块(14)旋拧在第四管筒(13)的下端，空气刀(19)设置在带有内螺纹的调高块(14)的下方，且带有内螺纹的调高块(14)与空气刀(19)之间通过第三连接板(18)连接，空气刀(19)上开设至少一个侧吹气体孔(19-1)，喷嘴(17)与第三连接板(18)之间通过柔性管(16)连接，两个焊接装置相对设置，且两个焊接装置设置在待焊试件装夹装置的上方，蒙皮-骨架装夹在待焊试件装夹装置上。
2.根据权利要求1所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：送丝装置(11)包括送丝杆(11-1)、夹持杆(11-2)和送丝嘴(11-3)，送丝杆(11-1)设置在第二连接板(15)上，夹持杆(11-2)转动安装在送丝杆(11-1)上，送丝嘴(11-3)夹装在夹持杆(11-2)上。
3.根据权利要求2所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：第四管筒(13)与第三管筒(6)制成一体。
4.根据权利要求3所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：第一管筒(1)、第二管筒(4)、第三管筒(6)和第四管筒(13)均为铝合金管筒。
5.根据权利要求4所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：轴承(9)的数量为1-6个。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：所述待焊试件装夹装置包括装夹底板(20)、第一定位桩(21)、第二定位桩(22)和檩条(23)，第一定位桩(21)和第二定位桩(22)分别设置在装夹底板(20)上，且第一定位桩(21)和第二定位桩(22)位于装夹底板(20)的两侧，第一定位桩(21)和第二定位桩(22)的中心线在同一条水平线上，第一定位桩(21)上设有第一定位凹槽(21-1)，第二定位桩(22)上设有第二定位凹槽(22-1)，檩条(23)的一端转动安装在第一定位桩(21)的第一定位凹槽(21-1)上，檩条(23)的另一端卡装在第二定位桩(22)的第二定位凹槽(22-1)上。
7.根据权利要求6所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：待焊试件装夹装置还包括多个压紧螺钉(24)，多个压紧螺钉(24)均匀设置在檩条(23)上。
8.根据权利要求7所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：第一定位桩(21)的内侧设有骨架定位槽(21-2)。
9.根据权利要求7或8所述蒙皮-骨架结构的激光双侧同步焊接系统，其特征在于：第二定位桩(22)还包括骨架挡块(22-2)和压紧滑块(22-3)，骨架挡块(22-2)设置在第二定位桩(22)的内侧，压紧滑块(22-3)设置在与骨架挡块(22-2)相对一侧的第二定位桩(22)的内侧。
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