CN108747024A - 一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，包括安装板和两块焊接板材，安装板顶面中间开设孔槽，安装板左右两端面中间均开设第一通孔，第一通孔的内端均与孔槽相通，孔槽上端固定安装竖向的微型的伺服电机，伺服电机的输出轴的下端位于孔槽内部，右侧第一通孔内设有第一横轴，左侧第一通孔内设有第二横轴，第一横轴与第二横轴的内端均与对应的第一通孔内端通过密封轴承连接，第一横轴与第二横轴的内端均固定安装第一伞齿轮，伺服电机的输出轴下端固定安装第二伞齿轮，第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合配合。本发明自带送丝功能与风冷功能，而且只需要一部电机提供动力即可，结构简单，造价低，使用方便。

Description

一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置与方法

技术领域

本发明属于焊接装置技术领域，具体地说是一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置与方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。但是单纯的激光焊接难以做到厚板材的焊接，而且还容易因激光功率太高而产生金属飞溅等缺陷，目前有将电弧加热焊接与激光焊接复合的焊接方法，但由于电弧的稳定性难以控制，增加了焊接工艺的控制难度，导致焊接质量不稳定的缺陷。而感应加热是一种高效可控的加热方法，采用感应加热与激光复合可提高焊接质量的可控性，保证稳定的焊接质量。而且目前电弧与激光复合焊接时，还需要单独焊丝输送设备，这样就会造成设备的造价更高，体型较大，使用不够方便。

发明内容

本发明提供一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置与方法，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，包括安装板和两块焊接板材，安装板顶面中间开设孔槽，安装板左右两端面中间均开设第一通孔，第一通孔的内端均与孔槽相通，孔槽上端固定安装竖向的微型的伺服电机，伺服电机的输出轴的下端位于孔槽内部，右侧第一通孔内设有第一横轴，左侧第一通孔内设有第二横轴，第一横轴与第二横轴的内端均与对应的第一通孔内端通过密封轴承连接，第一横轴与第二横轴的内端均固定安装第一伞齿轮，伺服电机的的输出轴下端固定安装第二伞齿轮，第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合配合，安装板底部中间固定安装朝下的激光头，激光头下部一侧设有斜向的感应加热装置，激光头侧部固定安装横向的支撑杆，感应加热装置侧部固定安装斜向的固定杆，支撑杆的外端与固定杆底部铰接连接，固定杆的上端与激光头侧部通过伸缩杆铰接连接，伸缩杆上设有紧固螺栓，紧固螺栓的内端与伸缩杆的活动杆的侧部压紧接触配合，感应加热装置上端上部设有送丝装置，送丝装置与感应加热装置支架通过连接架固定连接，第一横轴的右端处设有伸缩轴，伸缩轴的一端与第一横轴的右端通过万向节连接，伸缩轴的另一端与送丝装置连接，两块焊接板材对接处开设U型坡口，感应加热装置的下端位于U型坡口上部，左侧第一通孔的外端固定安装横管，横管的下部设有蛇形管，蛇形管的上端与横管内相通，感应加热装置内设有焊丝，焊丝穿过送丝装置，安装板顶面开设风孔，风孔与左侧第一通孔内端处相通，第二横轴上设有螺旋叶片，螺旋叶片与第二横轴为一体结构。

如上所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，所述的感应加热装置包括管状的外壳、阶梯状陶瓷管、感应线圈，外壳下端面中间开设第四通孔，外壳上端面中间开设第五通孔，外壳内固定安装阶梯状陶瓷管，阶梯状陶瓷管的粗管的上端穿过对应的第五通孔后位于外壳的外部，阶梯状陶瓷管的细管穿过对应的第四通孔后位于外壳的外部，感应线圈缠绕在对应的阶梯状陶瓷管上，焊丝位于阶梯状陶瓷管内部。

如上所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，所述的外壳侧面上部开设数个均匀分布的进气孔，进气孔的外端口固定连接进气管的一端，外壳侧面下部开设数个均匀分布的出气孔。

如上所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，所述的送丝装置包括方管状外壳、四根短轴、八个传动伞齿轮、数个轴座、四个送丝轮，四根短轴均通过轴座安装在方管状外壳内侧壁上，相邻的两根短轴相互垂直，传动伞齿轮固定安装在对应的短轴的端部，相邻的两个传动伞齿轮啮合配合，送丝轮固定安装在对应的短轴中间，方管状外壳侧面开设第六通孔，伸缩轴的另一端与第六通孔轴承活动连接，伸缩轴的另一端固定安装主动伞齿轮，主动伞齿轮与其中一个传动伞齿轮啮合配合，焊丝位于四个送丝轮之间并与其接触配合。

一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接方法，所述的U形坡口宽度与焊丝直径相等，深度是焊丝直径的三倍，融化的焊丝从感应加热装置下端出口流入到U型坡口内形成熔池，与此同时激光头发出激光束对焊接板材接缝处加热，形成深熔小孔，加速焊丝与焊接板材的融合，伺服电机工作通过第一横轴、伸缩轴给送丝装置提供送丝动力，同时伺服电机带动第二横轴转动，第二横轴通过螺旋叶片带动左侧第一通孔内的空气流动，空气从风孔流入最终从蛇形管的下端吹出，加速焊缝处金属的凝固与降温。

本发明的优点是：感应加热与激光复合焊接方法中的感应加热作用是把焊丝加热到熔化温度及以上，再将其送入到焊接部位，本发明适用同种板材和异种板材的对接，可以根据焊接板材的U型坡口深度进行调节感应加热装置与激光头的水平距离和垂直距离以及送丝角度，得到一个最佳的焊接位置，加热焊丝的热输入量能够通过控制电磁感应器的频率和电流实现精确控制，加热迅速且温度精确可控，加热焊丝的能量完全来自于感应加热装置，避免加热焊丝吸收激光头发射的激光的能量，保证了加热焊接板材的待焊 U型坡口的能量完全来自于激光的照射，而且形成的熔池更大，熔深更深，保证焊丝的液态金属能均匀熔入到焊缝中，减少了焊丝过渡不稳定引起的焊接缺陷，从而提高焊接质量，感应加热熔化焊丝的这两个方面的作用可大幅减小实现板材熔透焊接时的激光能量输入，从而减小因激光功率太高而产生的飞溅等缺陷；并且感应加热熔丝复合激光焊接方法相比于单纯的激光焊接，可实现更厚板材的焊接。U形坡口宽度与焊丝直径相等，深度是焊丝直径的倍，融化的焊丝从感应加热装置下端出口流入到U型坡口内形成熔池，与此同时激光头发出激光束对焊接板材接缝处加热，形成深熔小孔，加速焊丝与焊接板材的融合，伺服电机工作通过第一横轴、伸缩轴给送丝装置提供送丝动力，同时伺服电机带动第二横轴转动，第二横轴通过螺旋叶片带动左侧第一通孔内的空气流动，空气从风孔流入最终从蛇形管的下端吹出，加速焊缝处金属的凝固与降温，加速焊接速度，本发明自带送丝功能与风冷功能，而且只需要一部电机提供动力即可，结构简单，造价低，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的A向视图的放大图；图3是图1的B向视图的放大图；图4是图1的Ⅰ部的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，如图所示，包括安装板1和两块焊接板材2，安装板1顶面中间开设孔槽3，安装板1左右两端面中间均开设第一通孔4，第一通孔4的内端均与孔槽3相通，孔槽3上端固定安装竖向的微型的伺服电机5，伺服电机5的输出轴的下端位于孔槽3内部，右侧第一通孔4内设有第一横轴6，左侧第一通孔4内设有第二横轴7，第一横轴6与第二横轴7的内端均与对应的第一通孔4内端通过密封轴承32连接，第一横轴6与第二横轴7的内端均固定安装第一伞齿轮8，伺服电机5的的输出轴下端固定安装第二伞齿轮9，第一伞齿轮8与第二伞齿轮9啮合配合，安装板2底部中间固定安装朝下的激光头10，激光头10下部一侧设有斜向的感应加热装置11，激光头10侧部固定安装横向的支撑杆12，感应加热装置11侧部固定安装斜向的固定杆13，支撑杆12的外端与固定杆13底部铰接连接，固定杆13的上端与激光头10侧部通过伸缩杆14铰接连接，伸缩杆14上设有紧固螺栓15，紧固螺栓15的内端与伸缩杆14的活动杆的侧部压紧接触配合，感应加热装置11上端上部设有送丝装置16，送丝装置16与感应加热装置11支架通过连接架17固定连接，第一横轴6的右端处设有伸缩轴18，伸缩轴18的一端与第一横轴6的右端通过万向节19连接，伸缩轴18的另一端与送丝装置16连接，两块焊接板材2对接处开设U型坡口25，感应加热装置11的下端位于U型坡口25上部，左侧第一通孔4的外端固定安装横管20，横管20的下部设有蛇形管21，蛇形管21的上端与横管20内相通，感应加热装置11内设有焊丝24，焊丝24穿过送丝装置16，安装板1顶面开设风孔31，风孔31与左侧第一通孔4内端处相通，第二横轴7上设有螺旋叶片36，螺旋叶片36与第二横轴7为一体结构。感应加热与激光复合焊接方法中的感应加热作用是把焊丝加热到熔化温度及以上，再将其送入到焊接部位，本发明适用同种板材和异种板材的对接，可以根据焊接板材2的U型坡口25深度进行调节感应加热装置11与激光头10的水平距离和垂直距离以及送丝角度，得到一个最佳的焊接位置，加热焊丝24的热输入量能够通过控制电磁感应器的频率和电流实现精确控制，加热迅速且温度精确可控，加热焊丝24的能量完全来自于感应加热装置11，避免加热焊丝24吸收激光头10发射的激光的能量，保证了加热焊接板材2的待焊 U型坡口25的能量完全来自于激光的照射，而且形成的熔池33更大，熔深更深，保证焊丝24的液态金属能均匀熔入到焊缝34中，减少了焊丝24过渡不稳定引起的焊接缺陷，从而提高焊接质量，感应加热熔化焊丝的这两个方面的作用可大幅减小实现板材熔透焊接时的激光能量输入，从而减小因激光功率太高而产生的飞溅等缺陷；并且感应加热熔丝复合激光焊接方法相比于单纯的激光焊接，可实现更厚板材的焊接。U形坡口25宽度与焊丝24直径相等，深度是焊丝24直径的3倍，融化的焊丝从感应加热装置11下端出口流入到U型坡口25内形成熔池33，与此同时激光头10发出激光束对焊接板材2接缝处加热，形成深熔小孔35，加速焊丝24与焊接板材2的融合，伺服电机5工作通过第一横轴6、伸缩轴18给送丝装置16提供送丝动力，同时伺服电机5带动第二横轴7转动，第二横轴7通过螺旋叶片36带动左侧第一通孔4内的空气流动，空气从风孔31流入最终从蛇形管21的下端吹出，加速焊缝处金属的凝固与降温，加速焊接速度，本发明自带送丝功能与风冷功能，而且只需要一部电机提供动力即可，结构简单，造价低，使用方便。

具体而言，如图所示，本实施例所述的感应加热装置11包括管状的外壳111、阶梯状陶瓷管112、感应线圈113，外壳111下端面中间开设第四通孔22，外壳111上端面中间开设第五通孔23，外壳111内固定安装阶梯状陶瓷管112，阶梯状陶瓷管112的粗管的上端穿过对应的第五通孔23后位于外壳111的外部，阶梯状陶瓷管112的细管穿过对应的第四通孔22后位于外壳111的外部，感应线圈113缠绕在对应的阶梯状陶瓷管112上，焊丝7位于阶梯状陶瓷管112内部。陶瓷阶梯状陶瓷管112为耐高温材质且不导电，适合对焊丝24加热，阶梯状陶瓷管112分为粗管与细管，细管能精确的控制熔融状态金属流出后在 U型坡口25上的落点。

具体的，如图所示，本实施例所述的外壳111侧面上部开设数个均匀分布的进气孔26，进气孔26的外端口固定连接进气管27的一端，外壳201侧面下部开设数个均匀分布的出气孔28。本发明工作的过程中进气管27通过对应的进气孔26向外壳111内部吹气，气体然后从出气孔28排出，该设计可以将外壳111内的热量尽快排出，避免过高的温度对感应线圈113、外壳111等零件造成损坏。

进一步的，如图所示，本实施例所述的送丝装置16包括方管状外壳161、四根短轴162、八个传动伞齿轮163、数个轴座164、四个送丝轮165，四根短轴162均通过轴座164安装在方管状外壳161内侧壁上，相邻的两根短轴162相互垂直，传动伞齿轮163固定安装在对应的短轴162的端部，相邻的两个传动伞齿轮163啮合配合，送丝轮165固定安装在对应的短轴162中间，方管状外壳161侧面开设第六通孔29，伸缩轴18的另一端与第六通孔29轴承活动连接，伸缩轴18的另一端固定安装主动伞齿轮30，主动伞齿轮30与其中一个传动伞齿轮163啮合配合，焊丝24位于四个送丝轮165之间并与其接触配合。伺服电机5通过第一横轴6、伸缩轴18带动其中一根短轴162转动，在相邻的两个传动伞齿轮163的啮合配合下所有的短轴162同步转动，四个送丝轮165同时转动可以给焊丝24的输送提供动力，该送丝装置16结构简单，可以随本发明的移动而移动，不需要额外配备额外的送丝装置，降低制造成本。

更进一步的，，本实施例所述的U形坡口25宽度与焊丝24直径相等，深度是焊丝24直径的三倍，融化的焊丝从感应加热装置11下端出口流入到U型坡口25内形成熔池33，与此同时激光头10发出激光束对焊接板材2接缝处加热，形成深熔小孔35，加速焊丝24与焊接板材2的融合，伺服电机5工作通过第一横轴6、伸缩轴18给送丝装置16提供送丝动力，同时伺服电机5带动第二横轴7转动，第二横轴7通过螺旋叶片36带动左侧第一通孔4内的空气流动，空气从风孔31流入最终从蛇形管21的下端吹出，加速焊缝处金属的凝固与降温。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，其特征在于：包括安装板（1）和两块焊接板材（2），安装板（1）顶面中间开设孔槽（3），安装板（1）左右两端面中间均开设第一通孔（4），第一通孔（4）的内端均与孔槽（3）相通，孔槽（3）上端固定安装竖向的微型的伺服电机（5），伺服电机（5）的输出轴的下端位于孔槽（3）内部，右侧第一通孔（4）内设有第一横轴（6），左侧第一通孔（4）内设有第二横轴（7），第一横轴（6）与第二横轴（7）的内端均与对应的第一通孔（4）内端通过密封轴承（32）连接，第一横轴（6）与第二横轴（7）的内端均固定安装第一伞齿轮（8），伺服电机（5）的的输出轴下端固定安装第二伞齿轮（9），第一伞齿轮（8）与第二伞齿轮（9）啮合配合，安装板（2）底部中间固定安装朝下的激光头（10），激光头（10）下部一侧设有斜向的感应加热装置（11），激光头（10）侧部固定安装横向的支撑杆（12），感应加热装置（11）侧部固定安装斜向的固定杆（13），支撑杆（12）的外端与固定杆（13）底部铰接连接，固定杆（13）的上端与激光头（10）侧部通过伸缩杆（14）铰接连接，伸缩杆（14）上设有紧固螺栓（15），紧固螺栓（15）的内端与伸缩杆（14）的活动杆的侧部压紧接触配合，感应加热装置（11）上端上部设有送丝装置（16），送丝装置（16）与感应加热装置（11）支架通过连接架（17）固定连接，第一横轴（6）的右端处设有伸缩轴（18），伸缩轴（18）的一端与第一横轴（6）的右端通过万向节（19）连接，伸缩轴（18）的另一端与送丝装置（16）连接，两块焊接板材（2）对接处开设U型坡口（25），感应加热装置（11）的下端位于U型坡口（25）上部，左侧第一通孔（4）的外端固定安装横管（20），横管（20）的下部设有蛇形管（21），蛇形管（21）的上端与横管（20）内相通，感应加热装置（11）内设有焊丝（24），焊丝（24）穿过送丝装置（16），安装板（1）顶面开设风孔（31），风孔（31）与左侧第一通孔（4）内端处相通，第二横轴（7）上设有螺旋叶片（36），螺旋叶片（36）与第二横轴（7）为一体结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，其特征在于：所述的感应加热装置（11）包括管状的外壳（111）、阶梯状陶瓷管（112）、感应线圈（113），外壳（111）下端面中间开设第四通孔（22），外壳（111）上端面中间开设第五通孔（23），外壳（111）内固定安装阶梯状陶瓷管（112），阶梯状陶瓷管（112）的粗管的上端穿过对应的第五通孔（23）后位于外壳（111）的外部，阶梯状陶瓷管（112）的细管穿过对应的第四通孔（22）后位于外壳（111）的外部，感应线圈（113）缠绕在对应的阶梯状陶瓷管（112）上，焊丝（7）位于阶梯状陶瓷管（112）内部。

3.根据权利要求2所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，其特征在于：所述的外壳（111）侧面上部开设数个均匀分布的进气孔（26），进气孔（26）的外端口固定连接进气管（27）的一端，外壳（201）侧面下部开设数个均匀分布的出气孔（28）。

4.根据权利要求1所述的一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接装置，其特征在于：所述的送丝装置（16）包括方管状外壳（161）、四根短轴（162）、八个传动伞齿轮（163）、数个轴座（164）、四个送丝轮（165），四根短轴（162）均通过轴座（164）安装在方管状外壳（161）内侧壁上，相邻的两根短轴（162）相互垂直，传动伞齿轮（163）固定安装在对应的短轴（162）的端部，相邻的两个传动伞齿轮（163）啮合配合，送丝轮（165）固定安装在对应的短轴（162）中间，方管状外壳（161）侧面开设第六通孔（29），伸缩轴（18）的另一端与第六通孔（29）轴承活动连接，伸缩轴（18）的另一端固定安装主动伞齿轮（30），主动伞齿轮（30）与其中一个传动伞齿轮（163）啮合配合，焊丝（24）位于四个送丝轮（165）之间并与其接触配合。

5.一种用于厚板焊接的感应加热与激光复合焊接方法，其特征在于：所述的U形坡口（25）宽度与焊丝（24）直径相等，深度是焊丝（24）直径的三倍，融化的焊丝从感应加热装置（11）下端出口流入到U型坡口（25）内形成熔池（33），与此同时激光头（10）发出激光束对焊接板材（2）接缝处加热，形成深熔小孔（35），加速焊丝（24）与焊接板材（2）的融合，伺服电机（5）工作通过第一横轴（6）、伸缩轴（18）给送丝装置（16）提供送丝动力，同时伺服电机（5）带动第二横轴（7）转动，第二横轴（7）通过螺旋叶片（36）带动左侧第一通孔（4）内的空气流动，空气从风孔（31）流入最终从蛇形管（21）的下端吹出，加速焊缝处金属的凝固与降温。