CN107020453B - 一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接领域，并公开了一种激光‑电弧‑磁场复合焊接的励磁移动平台，包括底座、伺服电机、水平导轨、支撑平台、滚珠丝杠机构、支架、励磁线圈和夹具，伺服电机和水平导轨均安装在所述底座上，支撑平台安装在所述水平导轨上，伺服电机通过所述滚珠丝杠机构驱动所述支撑平台移动；夹具安装在所述支撑平台上；支架安装在所述底座上，并且支架上安装励磁线圈。本发明的夹具可以实现工件的准确定位及装夹，通过励磁线圈可以实现焊缝区域的磁场调节；伺服电机可以保证工件在焊接过程中的匀速移动，保证了焊接时熔池所处区域磁场的大小、方向和频率的一致性，也为后期利用高速摄像拍摄熔池形貌提供了便利。

Description

一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台
技术领域
本发明属于焊接设备领域，更具体地，涉及一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台。
背景技术
磁场辅助激光-电弧复合焊接技术是近年来出现的新型多能场复合焊接工艺，其基本原理是利用能量密度极高(约107W/cm2)的激光束与金属材料作用，以形成小孔深熔焊，电弧焊接能够增强桥接能力，外加磁场能够使熔池金属充分搅拌，达到细化晶粒、抑制飞溅、减缓下塌、减少气孔以及抑制热裂纹等优化焊缝性能的效果。
由于外加磁场能够明显改善焊接接头的质量和性能，为了研究焊缝区的磁场强度和方向对焊缝质量的影响规律，需要对焊缝区域的磁场大小、方向和频率进行调节，且要严格保证在一次焊接实验中，焊接点处的磁场大小、方向和频率不发生变化。然而，现有的磁场辅助激光-电弧复合焊接装置中的永磁体的大小和频率无法连续调节，也无法保证在一次激光-电弧复合焊接过程中熔池处的磁场大小、方向和频率都是一致的。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，通过改变励磁线圈中的输入电流大小和频率，调节激光-电弧复合焊接所需磁场的大小，方向和频率，其可以使熔池与磁极保持相对静止，使得焊接过程中熔池区域磁场保持一致，有效解决了磁场辅助激光-电弧复合焊接中焊缝区域磁感应强度大小、方向和频率难以连续调节以及在一次试验中熔池处磁感应强度大小、方向和频率难以保持一致的问题，操作简单，调节方便灵活，所述磁场励磁装置适用于磁场辅助激光-电弧复合焊接过程中磁感应强度的调节，特别适合研究磁感应大小、方向和频率对激光-电弧复合焊接焊缝质量影响的实验中。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，包括底座、伺服电机、水平导轨、支撑平台、滚珠丝杠机构、支架、励磁线圈和夹具，其中，
所述伺服电机和水平导轨均安装在所述底座上，所述支撑平台安装在所述水平导轨上，所述伺服电机通过所述滚珠丝杠机构驱动所述支撑平台移动；
所述夹具安装在所述支撑平台上，以用于固定待焊接的工件；
所述支架安装在所述底座上，并且所述支架上安装所述励磁线圈，以用于工件焊接时在熔池处产生磁场；
所述励磁线圈由坡莫合金多层叠加形成的铁芯以及铁芯外侧绕线680匝形成，总电阻为0.8欧姆，以实现实现焊接时熔池所处区域磁场的大小、强度和频率的一致性；
所述支撑平台包括中间支撑板、固定元件、支柱和工作台面，所述中间支撑板与滚珠丝杠机构和导轨滑块相连接，以接收来自伺服电机的驱动，所述导轨滑块穿装在所述导轨上，所述固定元件与中间支撑板相连接，用于固定支柱，所述支柱与工作台面相连接，以用于支撑工作台面，螺栓穿过夹具的长槽和工作台面上的开孔将夹具固定于工作台面上。
优选地，所述底座包括基座和底板，所述伺服电机、水平导轨和支架均安装在所述底板上。
优选地，所述底板与所述基座之间设置有垫块。
优选地，所述支架上安装有散热风扇，以用于对所述励磁线圈散热。
优选地，所述励磁线圈的外围设置有外壳并且其通过所述外壳安装在所述支架上。
优选地，所述励磁线圈位于工件的下方，所述外壳上设置有用于承接熔滴的防护罩，以用于保护所述励磁线圈。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明的夹具可以实现工件的准确定位及装夹；同时通过励磁线圈可以实现焊缝区域的磁场调节；伺服电机可以保证工件在焊接过程中的匀速移动，保证了焊接时熔池所处区域磁场的大小、方向和频率的一致性，也为后期利用高速摄像拍摄熔池形貌提供了便利。
附图说明
图1是本发明的使用状态示意图。
图2是本发明的的局部示意图。
图3是本发明的局部示意图。
图4是本发明的局部示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图4，一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，包括底座1、伺服电机20、水平导轨5、支撑平台、滚珠丝杠机构19、支架10、励磁线圈17和夹具14，其中，
所述伺服电机20和水平导轨5均安装在所述底座1上，所述支撑平台安装在所述水平导轨5上，所述伺服电机20通过所述滚珠丝杠机构19驱动所述支撑平台移动；
所述夹具14安装在所述支撑平台上，以用于固定待焊接的工件12；
所述支架10安装在所述底座1上，并且所述支架10上安装所述励磁线圈17，以用于工件12焊接时在熔池处产生磁场。
进一步，所述底座1包括基座和底板3，所述伺服电机20、水平导轨5和支架10均安装在所述底板3上。
进一步，所述底板3与所述基座之间设置有垫块2。
进一步，所述支架10上安装有散热风扇16，以用于对所述励磁线圈17散热。
进一步，所述励磁线圈17的外围设置有外壳并且其通过所述外壳安装在所述支架10上。
进一步，所述励磁线圈17位于工件12的下方，所述外壳上设置有用于承接熔滴的防护罩13，以用于保护所述励磁线圈17。
进一步，所述励磁线圈17为多个坡莫合金叠加形成的铁芯，或者为铁氧体切割出端口的整体式铁芯。
垫块2与底座1相接触，用于调节底板3的水平，导轨支架4与底板3相连接，伺服电机20、滚珠丝杠机构19通过第一固定元件21固定于底板3，导轨5与导轨滑块6间隙配合，导轨5的两端固定在导轨支架4上，导轨支架4安装在底板3上，支撑平台与导轨滑块6、滚珠丝杠机构19相连接。
底座1能承接其上承接的零件在使用过程中所放置的平台。
垫块2大致呈六面体，中间开长槽，有不同规格的厚度，用于调节底板3的水平。
底板3呈矩形，在上表面上开有孔和长槽，用于固定处于底板3上的部件。
导轨支架4大致呈山字形，导轨支架4的数量为四个，每两个导轨支架4承接一根水平导轨5，与底板3均通过螺钉相连接，用于支撑导轨5和导轨滑块6。
导轨5呈圆柱形，要求光滑，与导轨滑块6配合使用，导轨5用于支撑、导向支撑平台的移动。本实施方式中，导轨5直径20mm,长度为500mm。
导轨滑块6基本呈六面体，中间有孔与导轨5配合使用。导轨滑块6上面与支撑平台通过螺钉连接。
伺服电机20用于提供动力，滚珠丝杠机构19用于传递动力，并带动支撑平台移动。
第一固定元件21与底板3通过螺栓螺柱连接，用于固定伺服电机20和滚珠丝杠机构19。
进一步，支撑平台包括中间支撑板7、第二固定元件8、支柱9和工作台面11，中间支撑板7呈矩形，与滚珠丝杠机构、导轨滑块6相连接，接收来自伺服电机20的驱动，第二固定元件8通过螺栓与中间支撑板7相连接，用于固定支柱9。支柱9与工作台面11通过螺栓相连接，螺栓穿过夹具14的长槽和工作台面11上的开孔，将夹具14固定于工作台面11上，工件12固定于夹具14与工作台面11之间，支柱9用于支撑工作台面11，本实施方式中，支柱9采用铝合金型材，第二固定元件8大致呈四面体，用于固定支柱9，本实施方式中，第二固定元件8采用铝合金材质，工作台面11呈矩形，工作台面11由两块矩形方板组成，间隔设置，均采用铝合金材质，两块方板之间有较大空隙，便于工件12的焊接操作。
工件12是需要被焊接的工件，大致呈矩形，本实施方式中，工件12为两块矩形不锈钢，接触设置。
夹具14为弧形，中部开长槽，本实施方式中，夹具14的数目为4个，用于固定工件12的位置。
支柱9通过螺栓螺母连接固定在中间支撑板7上。
外壳具有上壳体15和下壳体18，两者通过螺栓连接，配套使用，励磁线圈17放置于上壳体15和下壳体18之间，散热风扇16通过螺栓连接于励磁线圈外壳后部法兰盘上，防护罩13固定于上壳体15上部中央，下壳体18通过螺栓固定在支架10上。
支架10与底板3通过螺栓相连接，固定在底板3台面上，本实施方式中，支架10为铝合金型材。
防护罩13，基本呈船形，将其置于焊接区正下端，用于承接焊接过程中可能滴溅的金属熔液，防止熔液滴溅到励磁线圈17上损坏核心器件。本实施方式中，防护罩13为大小合适的刚玉舟。
上壳体15和下壳体18加工采用3D打印；两者采用螺栓连接，内部的支撑部分为凸台式，减少励磁线圈与外罩的接触，保证励磁线圈散热。
散热风扇16用于励磁线圈17的散热，固定于上壳体15和下壳体18制成的励磁线圈外壳的后部。
励磁线圈17优选为坡莫合金多层叠加形成的铁芯，外侧绕线680匝，总电阻为0.8欧姆；或者优选为铁氧体切割出端口的整体式铁芯，外侧绕线610匝，总电阻为0.8欧姆。
本发明提供的激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其工作台面和夹具可以配合实现工件的准确定位、装夹；在伺服电机和滚珠丝杠机构的驱动下，整个定位夹紧机构可以实现匀速移动；同时通过励磁线圈可以实现焊缝区域的磁场强度调节；在机构的相互配合下，可以实现焊接时熔池所处区域磁场的大小、强度和频率的一致性，同时利用高速摄像对熔池形貌进行拍摄也更加方便，本装置结构简单，操作灵活，实用性较强。工作台面和夹具的长槽方便了不同尺寸工件的装夹，同时便于工件间隙的控制；工作台面是采用铝合金制成的，励磁线圈的外壳由铝合金通过3D打印制成，均可以避免影响励磁线圈的磁场的分布，同时保证强度。此外，避免为励磁线圈长时间工作发热，在励磁线圈后部配有散热风扇，便于散热。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，包括底座、伺服电机、水平导轨、支撑平台、滚珠丝杠机构、支架、励磁线圈和夹具，其中，
所述伺服电机和水平导轨均安装在所述底座上，所述支撑平台安装在所述水平导轨上，所述伺服电机通过所述滚珠丝杠机构驱动所述支撑平台移动；
所述夹具安装在所述支撑平台上，以用于固定待焊接的工件；
所述支架安装在所述底座上，并且所述支架上安装所述励磁线圈，以用于工件焊接时在熔池处产生磁场；
所述励磁线圈由坡莫合金多层叠加形成的铁芯以及铁芯外侧绕线680匝形成，总电阻为0.8欧姆，以实现实现焊接时熔池所处区域磁场的大小、强度和频率的一致性；
所述支撑平台包括中间支撑板、固定元件、支柱和工作台面，所述中间支撑板与滚珠丝杠机构和导轨滑块相连接，以接收来自伺服电机的驱动，所述导轨滑块穿装在所述导轨上，所述固定元件与中间支撑板相连接，用于固定支柱，所述支柱与工作台面相连接，以用于支撑工作台面，螺栓穿过夹具的长槽和工作台面上的开孔将夹具固定于工作台面上。
2.根据权利要求1所述的一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，所述底座包括基座和底板，所述伺服电机、水平导轨和支架均安装在所述底板上。
3.根据权利要求2所述的一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，所述底板与所述基座之间设置有垫块。
4.根据权利要求1所述的一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，所述支架上安装有散热风扇，以用于对所述励磁线圈散热。
5.根据权利要求1所述的一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，所述励磁线圈的外围设置有外壳并且其通过所述外壳安装在所述支架上。
6.根据权利要求5所述的一种激光-电弧-磁场复合焊接的励磁移动平台，其特征在于，所述励磁线圈位于工件的下方，所述外壳上设置有用于承接熔滴的防护罩，以用于保护所述励磁线圈。
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