CN109794679B - 一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接机械设备领域，具体的说是一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，包括机体、激光头、控制器、电机、钨片、第一反光模块、第二反光模块、第一焊接件、第二焊接件和导热块；所述激光头通过固定块连接在机体侧壁上；所述控制器固连在机体侧壁上且所述控制器位于激光头下方；所述电机固连在机体顶部左侧；本发明通过设置一组钨片以及在钨片上开光孔来将激光穿过光孔后产生的热量传递给第一焊接件和第二焊接件，对保温区进行保温，有效减缓焊液的冷却速率，使焊液中的气泡充分排出经由气孔排到机体外，使得焊接后的焊缝稳固，进而提高激光焊接质量，本发明结构简单，操作方便，焊接质量好。

Description

一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备

技术领域

本发明涉及焊接机械设备领域，具体的说是一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备。

背景技术

激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，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。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。

但传统的激光焊接设备焊接后焊缝中的焊液冷却速度较快，焊液中残存的气泡不能及时溢出，使得焊液冷却后内部存在气泡，焊缝不稳固，焊接质量较差。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，本发明的目的在于减缓激光焊接过后焊液的冷却速度，使焊液中的气泡充分排出，提高焊接质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，包括机体、激光头、控制器、电机、钨片、第一反光模块、第二反光模块和导热块；所述激光头通过固定块连接在机体侧壁上；所述控制器固连在机体侧壁上且所述控制器位于激光头下方；所述电机固连在机体顶部左侧，电机的转轴与卷轴一端固连；所述卷轴的另一端转动连接在转块上，所述转块固连在机体顶端右侧；所述机体左侧侧壁上开有通孔，机体顶端开有一组气孔，机体右侧壁上开有安装孔；所述钨片固连在机体顶端内壁上且所述钨片设有一组，所述钨片上均开有光孔；所述第一反光模块固连在安装孔内，第一反光模块用于将激光头发射出的激光反射出去；所述机体右侧壁顶部设有连接板；所述第二反光模块固连在连接板上，第二反光模块用于将第一反光模块反射来的激光反射到第一焊接件与第二焊接件之间的焊缝中；所述导热块通过固定板连接在第二反光模块上；其中，所述第一反光模块包括第一底板、第一并联机构和第一反光镜；所述第一底板固连在安装孔底部；所述第一并联机构连接在第一反光镜与第一底板之间，第一并联机构用于调节第一反光镜的角度；所述第二反光模块包括第二底板、第二并联机构、第二反光镜和盖板；所述第二底板一端固连在连接板上，第二底板另一端侧壁固连在固定板上；所述第二并联机构固设在第二底板和盖板之间；所述第二反光镜固连在盖板上远离第二并联机构的一侧。工作时，将第一焊接件和第二焊接件放置到合适位置，然后将机体放置到第一焊接件和第二焊接件上合适位置，打开激光头发射激光，激光依次穿过机体侧壁的通孔和钨片上的光孔，照射到第一反光模块上，通过控制器控制第一并联机构对第一反光镜调整角度，将激光反射出去照到第二反光模块上，控制器控制第二并联机构对第二反光镜调整角度，第一并联机构和第二并联机构共同作用将激光反射到第一焊接件与第二焊接件的焊缝中进行焊接，激光穿过钨片的光孔时，钨片受热将热量传导到第一焊接件和第二焊接件上，对保温区进行保温，减缓焊液的冷却速度，防止焊液冷却速度太快导致焊液内的气泡不能及时溢出，使得焊接处存在气泡，影响焊接质量。

所述盖板与导热块之间设有金属软管；所述盖板与第二反光镜围成一个密封腔；所述导热块内部开有空腔；所述金属软管将密封腔和空腔相互连通，金属软管外壁上套接有加热丝；所述密封腔、空腔和金属软管内充满蜡。工作时，在调节第二并联机构前对加热丝通电，加热丝对金属软管加热使得金属软管内的蜡熔化，同时空腔和密封腔内的蜡相继熔化，然后控制器控制第二并联机构对第二反光镜调整角度，空腔内的蜡融化后将热量通过导热块传递给第一焊接件和第二焊接件，对未焊接区进行预热，方便后续焊接。

所述光孔四周开有一组缝隙。工作时，激光穿过光孔时，钨片受热后向远离光孔的方向卷曲，增大光孔的直径，防止钨片受热卷曲后挡住激光，缝隙可以防止钨片卷曲时缝隙两侧相互碰撞，减少变形。

所述缝隙形状为锥形且缝隙锥度为5°～10°，缝隙端部倒圆角。工作时，激光穿过光孔时，钨片受热后向远离光孔的方向卷曲，锥形缝隙可以防止钨片受热膨胀后缝隙两侧相互挤压变形，缝隙端部倒圆角可有效防止缝隙端部应力集中发生变形。

所述钨片上靠近光孔的位置处开有一组穿丝孔；所述穿丝孔内设有金属线；所述金属线一一穿过穿丝孔后再穿过气孔固定在卷轴上。工作时，激光穿过光孔时，钨片受热后向远离光孔的方向卷曲，增大了光孔的直径，当光孔直径很大时，激光穿过光孔后钨片受热较少，钨片传递到保温区的热量较少，延缓焊液冷却速度较慢，不利于焊液内气泡充分排出，此时启动电机，电机带动卷轴转动，卷轴将金属线收卷拉紧使得卷曲起来的钨片收缩，进而调节光孔直径使得光孔直径变小，激光通过光孔时传递的热量增多，进而使得钨片5传递到保温区的热量增多，有效减缓焊接后的焊液冷却速度，使得焊液内的气泡充分溢出，提高焊接质量，溢出的气泡经由气孔排出。

所述第二反光镜在初始状态时为凹形且所述第二反光镜向盖板方向凹陷，第二反光镜可发生一定的形变。工作时，在调节第二并联结构前对加热丝通电，加热丝对金属软管加热使得金属软管内的蜡熔化，同时空腔和密封腔内的蜡相继熔化，密封腔内的蜡融化后对第二反光镜加热，第二反光镜发生变形后使得第二反光镜镜面平直，方便对激光反射使激光反射到第一焊接件和第二焊接件的焊缝中。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过设置一组钨片以及在钨片上开光孔来将激光穿过光孔后产生的热量传递给第一焊接件和第二焊接件，对保温区进行保温，有效减缓焊液的冷却速率，使焊液中的气泡充分溢出经由气孔排到机体外，使得焊接后的焊缝稳固，进而提高激光焊接质量，本发明结构简单，操作方便，焊接质量好。

2.本发明通过设置第一反光模块和第二反光模块来共同调节激光的照射方向，使激光可到达任意角度，可对工件不同位置不同角度进行焊接，适用性更广。

3.本发明通过设置导热块、金属软管和加热丝，通过加热丝将金属软管以及导热块的空腔内固态蜡加热到熔融状态，导热块将热量传递给第一焊接件和第二焊接件，对未焊接区进行预热，方便后续焊接。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作状态示意图；

图3是图1中A-A剖视图；

图中：机体1、激光头2、控制器3、电机4、钨片5、穿丝孔51、第一反光模块6、第一底板61、第一并联机构62、第一反光镜63、第二反光模块7、第二底板71、第二并联机构72、第二反光镜73、盖板74、第一焊接件8、第二焊接件9、导热块10、固定块11、卷轴12、转块13、光孔14、连接板15、固定板16、金属软管17、密封腔18、空腔101、加热丝19、缝隙20、金属线21。

具体实施方式

使用图1-图3对本发明的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备进行如下说明。

如图1-图3，本发明所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，包括机体1、激光头2、控制器3、电机4、钨片5、第一反光模块6、第二反光模块7和导热块10；所述激光头2通过固定块11连接在机体1侧壁上；所述控制器3固连在机体1侧壁上且所述控制器3位于激光头2下方；所述电机4固连在机体1顶部左侧，电机4的转轴与卷轴12一端固连；所述卷轴12的另一端转动连接在转块13上，所述转块13固连在机体1顶端右侧；所述机体1左侧侧壁上开有通孔，机体1顶端开有一组气孔，机体1右侧壁上开有安装孔；所述钨片5固连在机体1顶端内壁上且所述钨片5设有一组，所述钨片5上均开有光孔14；所述第一反光模块6固连在安装孔内，第一反光模块6用于将激光头2发射出的激光反射出去；所述机体1右侧壁顶部设有连接板15；所述第二反光模块7固连在连接板15上，第二反光模块7用于将第一反光模块6反射来的激光反射到第一焊接件8与第二焊接件9之间的焊缝中；所述导热块10通过固定板16连接在第二反光模块7上；其中，所述第一反光模块6包括第一底板61、第一并联机构62和第一反光镜63；所述第一底板61固连在安装孔底部；所述第一并联机构62连接在第一反光镜63与第一底板61之间，第一并联机构62用于调节第一反光镜63的角度；所述第二反光模块7包括第二底板71、第二并联机构72、第二反光镜73和盖板74；所述第二底板71一端固连在连接板15上，第二底板71另一端侧壁固连在固定板16上；所述第二并联机构72固设在第二底板71和盖板74之间；所述第二反光镜73固连在盖板74上远离第二并联机构72的一侧。工作时，将第一焊接件8和第二焊接件9放置到合适位置，然后将机体1放置到第一焊接件8和第二焊接件9上合适位置，打开激光头2发射激光，激光依次穿过机体1侧壁的通孔和钨片5上的光孔14，照射到第一反光模块6上，通过控制器3控制第一并联机构62对第一反光镜63调整角度，将激光反射出去照到第二反光模块7上，控制器3控制第二并联机构72对第二反光镜73调整角度，第一并联机构62和第二并联机构72共同作用将激光反射到第一焊接件8与第二焊接件9的焊缝中进行焊接，激光穿过钨片5的光孔14时，钨片5受热将热量传导到第一焊接件8和第二焊接件9上，对保温区进行保温，减缓焊液的冷却速度，防止焊液冷却速度太快导致焊液内的气泡不能及时溢出，使得焊接处存在气泡，影响焊接质量。

所述盖板74与导热块10之间设有金属软管17；所述盖板74与第二反光镜73围成一个密封腔18；所述导热块10内部开有空腔101；所述金属软管17将密封腔18和空腔101相互连通，金属软管17外壁上套接有加热丝19；所述密封腔18、空腔101和金属软管17内充满蜡。工作时，在调节第二并联机构72前对加热丝19通电，加热丝19对金属软管17加热使得金属软管17内的蜡熔化，同时空腔101和密封腔18内的蜡相继熔化，然后控制器3控制第二并联机构72对第二反光镜73调整角度，空腔101内的蜡融化后将热量通过导热块10传递给第一焊接件8和第二焊接件9，对未焊接区进行预热，方便后续焊接。

所述光孔14四周开有一组缝隙20。工作时，激光穿过光孔14时，钨片5受热后向远离光孔14的方向卷曲，增大光孔14的直径，防止钨片5受热卷曲后挡住激光，缝隙20可以防止钨片5卷曲时缝隙20两侧相互碰撞，减少变形。

所述缝隙20形状为锥形且缝隙20锥度为5°～10°，缝隙20端部倒圆角。工作时，激光穿过光孔14时，钨片5受热后向远离光孔14的方向卷曲，锥形缝隙20可以防止钨片5受热膨胀后缝隙20两侧相互挤压变形，缝隙20端部倒圆角可有效防止缝隙20端部应力集中发生变形。

所述钨片5上靠近光孔14的位置处开有一组穿丝孔51；所述穿丝孔51内设有金属线21；所述金属线21一一穿过穿丝孔51后再穿过气孔固定在卷轴12上。工作时，激光穿过光孔14时，钨片5受热后向远离光孔14的方向卷曲，增大了光孔14的直径，当光孔14直径很大时，激光穿过光孔14后钨片5受热较少，传递到第一焊接件8和第二焊接件9上的热量较少，延缓焊液冷却速度较慢，不利于焊液内气泡充分排出，此时启动电机4，电机4带动卷轴12转动，卷轴12将金属线21收卷拉紧使得卷曲起来的钨片5收缩，进而调节光孔14直径使得光孔14直径变小，激光通过光孔14时传递的热量增多，进而使得钨片5传递到保温区的热量增多，有效减缓焊接后的焊液冷却速度，使得焊液内的气泡充分溢出，提高焊接质量，溢出的气泡经由气孔排出。

所述第二反光镜73在初始状态时为凹形且所述第二反光镜73向盖板74方向凹陷，第二反光镜73可发生一定的形变。工作时，在调节第二并联结构前对加热丝19通电，加热丝19对金属软管17加热使得金属软管17内的蜡熔化，同时空腔101和密封腔18内的蜡相继熔化，密封腔18内的蜡融化后对第二反光镜73加热，第二反光镜73发生变形后使得第二反光镜73镜面平直，方便对激光反射使激光反射到第一焊接件8和第二焊接件9的焊缝中。

具体工作流程如下：

工作时，将第一焊接件8和第二焊接件9放置到合适位置，然后将机体1放置到第一焊接件8和第二焊接件9上合适位置，打开激光头2发射激光，激光依次穿过机体1侧壁的通孔和钨片5上的光孔14，照射到第一反光模块6上，通过控制器3控制第一并连机构对第一反光镜63调整角度，将激光反射出去照到第二反光模块7上，在调节第二并联机构72前对加热丝19通电，加热丝19对金属软管17加热使得金属软管17内的蜡熔化，同时空腔101和密封腔18内的蜡相继熔化，然后控制器3控制第二并联机构72对第二反光镜73调整角度，空腔101内的蜡融化后将热量通过导热块10传递给第一焊接件8和第二焊接件9，对未焊接区进行预热，方便后续焊接，密封腔18内的蜡融化后对第二反光镜73加热，第二反光镜73发生变形后使得第二反光镜73镜面平直，方便对激光反射使激光反射到第一焊接件8和第二焊接件9的焊缝中，第一并联机构62和第二并联机构72共同作用将激光反射到第一焊接件8与第二焊接件9的焊缝中进行焊接，激光穿过钨片5的光孔14时，钨片5受热后向远离光孔14的方向卷曲，增大光孔14的直径，防止钨片5受热卷曲后挡住激光，缝隙20可以防止钨片5卷曲时缝隙20两侧相互碰撞，减少变形，缝隙20设为锥形可以防止钨片5受热膨胀后缝隙20两侧相互挤压变形，缝隙20端部倒圆角可有效防止缝隙20端部应力集中发生变形。

当光孔14直径很大时，激光穿过光孔14后钨片5受热较少，钨片5传递到保温区的热量较少，延缓焊液冷却速度较慢，不利于焊液内气泡充分排出，此时启动电机4，电机4带动卷轴12转动，卷轴12将金属线21收卷拉紧使得卷曲起来的钨片5收缩，进而调节光孔14直径使得光孔14直径变小，激光通过光孔14时传递的热量增多，进而使得钨片5传递到保温区的热量增多，有效减缓焊接后的焊液冷却速度，使得焊液内的气泡充分溢出，提高焊接质量。

以上，关于本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。

Claims (5)

1.一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，其特征在于：包括机体(1)、激光头(2)、控制器(3)、电机(4)、钨片(5)、第一反光模块(6)、第二反光模块(7)和导热块(10)；所述激光头(2)通过固定块(11)连接在机体(1)侧壁上；所述控制器(3)固连在机体(1)侧壁上且所述控制器(3)位于激光头(2)下方；所述电机(4)固连在机体(1)顶部左侧，电机(4)的转轴与卷轴(12)一端固连；所述卷轴(12)的另一端转动连接在转块(13)上，所述转块(13)固连在机体(1)顶端右侧；所述机体(1)左侧侧壁上开有通孔，机体(1)顶端开有一组气孔，机体(1)右侧壁上开有安装孔；所述钨片(5)固连在机体(1)顶端内壁上且所述钨片(5)设有一组；一组所述钨片(5)上均开有光孔(14)；所述第一反光模块(6)固连在安装孔内，第一反光模块(6)用于将激光头(2)发射出的激光反射出去；所述机体(1)右侧壁顶部设有连接板(15)；所述第二反光模块(7)固连在连接板(15)上，第二反光模块(7)用于将第一反光模块(6)反射来的激光反射到第一焊接件(8)与第二焊接件(9)之间的焊缝中；所述导热块(10)通过固定板(16)连接在第二反光模块(7)上；其中，所述第一反光模块(6)包括第一底板(61)、第一并联机构(62)和第一反光镜(63)；所述第一底板(61)固连在安装孔底部；所述第一并联机构(62)连接在第一反光镜(63)与第一底板(61)之间，第一并联机构(62)用于调节第一反光镜(63)的角度；所述第二反光模块(7)包括第二底板(71)、第二并联机构(72)、第二反光镜(73)和盖板(74)；所述第二底板(71)一端固连在连接板(15)上，第二底板(71)另一端侧壁固连在固定板(16)上；所述第二并联机构(72)固设在第二底板(71)和盖板(74)之间；所述第二反光镜(73)固连在盖板(74)上远离第二并联机构(72)的一侧；

所述钨片(5)上靠近光孔(14)的位置处开有一组穿丝孔(51)；所述穿丝孔(51)内设有金属线(21)；所述金属线(21)一一穿过穿丝孔(51)后再穿过气孔固定在卷轴(12)上；工作时，激光穿过光孔(14)时，钨片(5)受热后向远离光孔(14)的方向卷曲，增大了光孔(14)的直径，当光孔(14)直径很大时，激光穿过光孔(14)后钨片(5)受热较少，传递到第一焊接件(8)和第二焊接件(9)上的热量较少，延缓焊液冷却速度较慢，不利于焊液内气泡充分排出，此时启动电机(4)，电机(4)带动卷轴(12)转动，卷轴(12)将金属线(21)收卷拉紧使得卷曲起来的钨片(5)收缩，进而调节光孔(14)直径使得光孔(14)直径变小，激光通过光孔(14)时传递的热量增多，进而使得钨片(5)传递到保温区的热量增多，有效减缓焊接后的焊液冷却速度，使得焊液内的气泡充分溢出，提高焊接质量，溢出的气泡经由气孔排出。

2.根据权利要求1所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，其特征在于：所述盖板(74)与导热块(10)之间设有金属软管(17)；所述盖板(74)与第二反光镜(73)围成一个密封腔(18)；所述导热块(10)内部开有空腔(101)；所述金属软管(17)将密封腔(18)和空腔(101)相互连通，金属软管(17)外壁上套接有加热丝(19)。

3.根据权利要求1所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，其特征在于：所述光孔(14)四周开有一组缝隙(20)。

4.根据权利要求3所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，其特征在于：所述缝隙(20)形状为锥形且缝隙(20)锥度为5°～10°，缝隙(20)端部倒圆角。

5.根据权利要求1所述的一种减缓焊液冷却速率的激光焊接设备，其特征在于：所述第二反光镜(73)在初始状态时为凹形且所述第二反光镜(73)向盖板(74)方向凹陷，第二反光镜(73)可发生一定的形变。

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