CN105195889A - 搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法 - Google Patents

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张晓进
韦叶
蔡智亮
董肖节
周法权
杨国舜
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • B23K20/124—Controlling or monitoring the welding process at the beginning or at the end of a weld

Abstract

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，包括以下步骤：在主轴的刀柄上安装一个搅拌针；在焊缝中心线上取一点标记为标定点，然后通过手持单元驱动移动机构，使搅拌针端部紧贴工件表面的标定处；使用手持单元驱动Z轴抬起预定距离，再驱动X轴移动一个前置距离，使得激光器发出的激光束通过标定点，然后驱动Z轴降落预定距离；通过激光束扫描将标定点显示在显示装置上，通过调节板移动激光器使显示器上的坐标中心点与显示在显示装置上的标定点重合；将刀柄上搅拌针更换成搅拌头，通过移动机构调整搅拌头和搅拌针在Z轴上的长度差值，使搅拌头端部紧贴焊缝表面，此时搅拌头位置为起始位置；以起始位置为参考点，通过软件程序进行自动对刀。

Description

搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法
技术领域
本发明涉及一种对刀方法，尤其涉及一种搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法。
背景技术
搅拌摩擦焊接加工通常在每次开始焊接之前，操作人员都要通过手轮微调Y轴使搅拌针的中心和焊缝中心对齐，微调Z轴使搅拌针尖与焊接工件表面贴合，以此来设定焊接起始点。这种方法在目前看来至少存在四个缺点：
（1）每次焊接之前都要重复这个步骤，增加了操作人员的负担，降低了生产效率；（2）由于手工对刀都是靠肉眼进行判断，同一个人在不同的角度、不同的方位，所得到的对刀精度也不尽相同，更何况具有不同经验的人在从事对刀时，那精度更是参差不齐，严重降低了对刀精度的可靠性；（3）由于设备、工装和工件对操作空间的限制，有时操作人员都无法进行有效的对刀，只是粗略地判断一下，其精度可想而知；（4）焊缝力学性能不稳定。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种结构简单的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法。
为了有效克服这些缺点，发明了一种基于激光的自动对刀功能，具体的实现步骤分为两大部分：对刀标定和激光自动对刀操作。
本发明采用的技术方案为：一种搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，包括：所述焊接设备包括设置在移动机构上的激光器和主轴，所述激光器与所述主轴之间间距为前置距离，所述移动机构包括设置在一起的X轴、Y轴和Z轴，所述激光器和所述移动机构之间通过调节板衔接，所述激光器连接显示装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）在所述主轴的刀柄上安装一个搅拌针；
（2）在焊缝中心线上取一点标记为标定点，然后通过手持单元驱动移动机构，使搅拌针端部紧贴工件表面的标定处；
（3）使用手持单元驱动Z轴抬起预定距离，再驱动X轴移动一个所述前置距离，使得激光器发出的激光束通过标定点，然后驱动Z轴降落所述预定距离；
（4）通过激光束扫描将标定点显示在显示装置上，通过调节板移动激光器使显示器上的坐标中心点与显示在显示装置上的标定点重合；
（5）将刀柄上搅拌针更换成搅拌头，通过移动机构调整搅拌头和搅拌针在Z轴上的长度差值，使搅拌头端部紧贴焊缝表面，此时搅拌头位置为起始位置；
（6）以所述起始位置为参考点，通过软件程序进行自动对刀。
本发明一个较佳实施例中，所述X轴方向为焊接前进方向、所述Y轴方向为焊缝左右方向，所述Z轴方向为焊缝高度方向。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌针的端部结构尖而细。
本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述预定距离为2mm。
本发明一个较佳实施例中，所述搅拌针或所述搅拌头长度方向与Z轴方向一致。
本发明一个较佳实施例中，标定点通过记号笔标出。
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：操作人员只要把激光器移动到焊接起始点附近，按下“自动对刀”按钮，对刀工作就可以自行实现，无需每次焊接前进行人工对刀，对刀效率大大提高；不受人为因素影响，保证了对刀精度的高可靠性；通过对焊缝的力学性能测试，使用自动对刀功能焊出来的焊缝强度稳定，强度值提高了12.5%。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的激光器和主轴结构示意图；
图中：1为激光器，2为主轴，3为调节板，4为焊接表面，5为搅拌针，D1为标定高度，D2为前置距离。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
对刀标定：
1.在主轴刀柄上安装专用搅拌针，这种专用搅拌针的头部尖而细，可以有效地提高对刀精度；
2.在焊缝上取任意一点作为标定点，用记号笔作出标志。通过焊接设备的手持单元移动X/Y/Z轴（X轴—焊接前进方向、Y轴—焊缝左右方向，Z轴—焊缝高度方向），使专用搅拌针对准标定焊缝点的中心并贴紧工件表面；
3.通过手轮将Z轴往上抬2.0mm,然后将X轴移动“前置距离”，使激光光束通过焊缝上的标定点，再把Z轴往下压2.0mm；
4.观察激光系统的栅格显示屏幕，黄色线代表激光束，绿色小十字标代表被识别的焊缝中心，屏幕的水平方向代表焊缝的左右方向，屏幕的垂直方向代表焊缝的高度方向。由于专用搅拌针的长度介于3mm-10mm搅拌头长度的中间位置，为了满足3mm-10mm各式搅拌头的对刀需求，需要把标定点设置在栅格显示屏幕的中心；
5.通过激光器安装调节板上的机械调整装置，微调激光器左右（Y方向）和垂直（Z方向）上的位置，使焊缝中心（绿色小十字标）显示在屏幕中心，并按下“示教”按钮，这时激光束的中心和专用搅拌针在X方向的同一直线上，同时激光器在标定高度的位置时，专用搅拌针正好贴合在焊接工件表面；
6.激光自动对刀操作：
（1）以焊接3mm铝板为例，在主轴上安装3mm规格的搅拌头，之前用游标卡尺实测3mm规格的搅拌头的长度为2.95mm，在“下压量”一栏中输入数值2.95.由于专用搅拌针的长度为5.0mm,那么要使3mm规格搅拌头贴紧工件表面，那么Z轴将要在标定高度的位置往下移2.05mm
即：3mm搅拌头的基准高度=标定高度-2.05；
（2）通过快速移动X、Y、Z轴，将激光器移动到焊缝焊接起始点附近，观察屏幕，通过手轮微调各运动轴，让被识别焊缝中心的绿色小十字标显示在栅格显示屏幕中心区域附近；
（3）按下“自动对刀”，执行如下对刀程序
G91G54
G01Y=$A_DBR[0]F300//焊缝中心对刀
//$A_DBR[0]—实际焊缝中心在激光束上的位置与激光束中心的偏差值
G01Z=-$A_DBR[4]F300//搅拌头与工件表面对刀
//$A_DBR[4]--实际焊缝与激光器的高度与3mm搅拌头的基准高度的偏差值；
$P_UIFR[1]=CTRANS(Y,$AA_IM[Y],Z,$AA_IM[Z])
//设定工件坐标系原点
M30
（4）程序运行完成，3mm规格搅拌头在焊缝中心，并贴紧表面工件，自动对刀实现。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，所述焊接设备包括设置在移动机构上的激光器和主轴，所述激光器与所述主轴之间间距为前置距离，所述移动机构包括设置在一起的X轴、Y轴和Z轴，所述激光器和所述移动机构之间通过调节板衔接，所述激光器连接显示装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）在所述主轴的刀柄上安装一个搅拌针；
（2）在焊缝中心线上取一点标记为标定点，然后通过手持单元驱动移动机构，使搅拌针端部紧贴工件表面的标定处；
（3）使用手持单元驱动Z轴抬起预定距离，再驱动X轴移动一个所述前置距离，使得激光器发出的激光束通过标定点，然后驱动Z轴降落所述预定距离；
（4）通过激光束扫描将标定点显示在显示装置上，通过调节板移动激光器使显示器上的坐标中心点与显示在显示装置上的标定点重合；
（5）将刀柄上搅拌针更换成搅拌头，通过移动机构调整搅拌头和搅拌针在Z轴上的长度差值，使搅拌头端部紧贴焊缝表面，此时搅拌头位置为起始位置；
（6）以所述起始位置为参考点，通过软件程序进行自动对刀。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，其特征在于：所述X轴方向为焊接前进方向、所述Y轴方向为焊缝左右方向，所述Z轴方向为焊缝高度方向。
3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，其特征在于：所述搅拌针的端部结构尖而细。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，其特征在于：步骤（2）中所述预定距离为2mm。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，其特征在于：所述搅拌针或所述搅拌头长度方向与Z轴方向一致。
6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接设备激光对刀方法，其特征在于：标定点通过记号笔标出。
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