CN110315205A - 一种新型激光焊接装置及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型激光焊接装置，包括激光头、柔性解耦机构和两个换能器；柔性解耦机构包括定平台、动平台、四个弯曲部件、两条放大杆和双柔顺铰链；激光头安装在动平台上；动平台通过弯曲部件与定平台连接；两条放大杆的一端通过双柔顺铰链与其中两个弯曲部件连接，另一端通过双柔顺铰链与定平台连接；两个所述换能器分别与两条放大杆连接。本发明还提供一种新型激光焊接方法。本发明新型激光焊接装置结构简单紧凑，该激光焊接装置采用相对简单的结构实现焊接的定位精度，以减少焊接误差。本发明的激光焊接方法可控制调节激光焊接轨迹，从而提高激光焊接的稳定性。同时，该方法也可增强激光密度和减小焊接产生气孔，从而提高焊缝质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工设备技术领域，更具体地说，涉及一种新型激光焊接装置及其焊接方法。
背景技术
激光焊接作为高能束焊接技术的一种，具有能量密度高、焊接速度快、自动化程度高、焊接结构变形小和柔性强等特点，具有特有的技术优势和经济优势，在航空航天、汽车制造、轻工电子等领域得到广泛的应用。
然而，采用激光焊接应用于某些合金会存在以下缺点：例如铝合金对激光束具有极高的表面初始反射率，致使能量吸收率很低，激光深熔焊接建立需要很高的激光功率密度阈值。在使用传统焊接激光头焊接这类合金时，激光实际利用率低，并且很难控制焊接过程中深熔小孔的行为及其稳定性，焊缝容易出现气孔，从而导致焊缝质量差，影响焊接成品的质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种结构简单紧凑的新型激光焊接装置，该激光焊接装置采用相对简单的结构实现焊接的定位精度，从而增强激光焊接的稳定性和提高激光焊缝的质量。本发明还提供一种可控制调节激光焊接轨迹的激光焊接方法，从而提高激光焊接的稳定性。本发明还提供一种可增强激光密度和减小焊接产生气孔的激光焊接方法，从而提高焊缝质量。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种新型激光焊接装置，其特征在于：包括激光头、柔性解耦机构和两个换能器；所述柔性解耦机构包括定平台、动平台、四个弯曲部件、两条放大杆和双柔顺铰链；所述激光头安装在动平台上；所述动平台通过弯曲部件与定平台连接；两条所述放大杆的一端通过双柔顺铰链与其中两个弯曲部件连接，另一端通过双柔顺铰链与定平台连接；两个所述换能器分别与两条放大杆连接。
在上述方案中，本发明在传统的激光头上增加了柔性解耦机构，该柔性解耦机构为一个柔顺机构，其材料是铝合金7075，具有很好的动力学性能，一体成型，不需要额外的装配，加工方便。由于柔性解耦机构的材料具有高的弹性模量和低的密度，因此能够将其受到来自换能器的振动转变为激光头的微小位移。在激光焊接过程中，两个换能器往柔性解耦机构发送振动波，振动波通过柔性解耦机构传递到激光头上，一方面可以通过改变振幅的大小和频率的大小来控制调节激光头的微小移动，从而达到控制调节激光焊接轨迹的作用，有利于增强激光焊接过程中的稳定性。另一方面可以将振动作用到激光束上，以加强激光束的密度，减小气孔产生，增强焊缝质量，提高焊接质量。此外本发明不仅能够很好的实现对铝合金等具有高表面激光反射率的金属进行焊接，对普通的不锈钢和合金钢等材料也具有良好的焊接效果。
所述动平台由移动部和安装部一体成型；所述移动部设置在安装部的四边，激光头安装在安装部上；
所述移动部呈“T”字形，“T”字形移动部的竖直部分与安装部连接。
四个所述弯曲部件均包括弯曲杆和弯曲梁；所述弯曲杆通过弯曲梁分别与定平台和动平台连接；所述弯曲杆为设置有缺口的框形弯曲杆。
“T”字形移动部的竖直部件位于缺口处，“T”字形移动部的横向部件位于弯曲杆内部，并通过弯曲梁与弯曲杆内部连接，实现弯曲杆与动平台连接。
所述弯曲杆的两侧分别通过弯曲梁与定平台连接；两条所述放大杆的一端通过双柔顺铰链与其中两个弯曲杆的缺口相对后部连接；其余两个弯曲杆的缺口相对后部均与定平台之间设置有间隙一。
所述弯曲杆中形成缺口的两条支杆均与动平台的安装部之间设置有间隙二。
所述换能器与放大杆连接有弯曲部件的一端连接；
所述双柔顺铰链为对称型双柔顺铰链，并由两个相同的单柔顺铰链组成；两个单柔顺铰链背对对称设置；所述单柔顺铰链的横截面呈弧形、圆弧形、半圆形或半椭圆形。
一种新型激光焊接方法，其特征在于：控制换能器在柔性解耦机构的放大杆上施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
具体为：控制换能器在柔性解耦机构的放大杆上以改变振幅大小和频率大小的方式施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接；
或者，控制两个换能器输出不同相位差的两个振动，以通过控制两个振动的相位差得到不同激光头的振动形式对柔性解耦机构的放大杆施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
本发明的另一种新型激光焊接方法，其特征在于：控制两个换能器在柔性解耦机构的两条放大杆上分别施加一个X方向和一个Y方向的振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台在X方向和Y方向的振动不会互相影响，使得X 方向和Y方向的振动作用到激光束上，以增强激光密度和减小焊接产生的气孔，实现激光焊接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明新型激光焊接装置结构简单紧凑，该激光焊接装置采用相对简单的结构实现焊接的定位精度，以减少焊接误差，从而增强激光焊接的稳定性和提高激光焊缝的质量。
2、本发明的激光焊接方法可控制调节激光焊接轨迹，从而提高激光焊接的稳定性。
3、本发明激光焊接方法可增强激光密度和减小焊接产生气孔，从而提高焊缝质量。
附图说明
图1是本发明激光焊接装置的结构示意图；
图2是本发明激光焊接装置中柔性解耦机构的结构示意图；
其中，1为激光头、2为柔性解耦机构、21弯曲梁、22为动平台、23为放大杆、24为定平台、25为双柔顺铰链、26为弯曲杆、3为换能器、4为间隙一、 5为间隙二。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1和2所示，本发明激光焊接装置包括激光头1、柔性解耦机构2 和两个换能器3，其中，柔性解耦机构2包括定平台24、动平台22、四个弯曲部件、两条放大杆23和双柔顺铰链25，激光头1安装在动平台22上，动平台22通过弯曲部件与定平台24连接；两条放大杆23的一端通过双柔顺铰链25与其中两个弯曲部件连接，另一端通过双柔顺铰链25与定平台24连接；两个换能器3分别与两条放大杆23连接有弯曲部件的一端连接。
具体地说，动平台22由移动部和安装部一体成型，移动部设置在安装部的四边，激光头1安装在安装部上。该移动部呈“T”字形，“T”字形移动部的竖直部分与安装部连接。四个弯曲部件均包括弯曲杆26和弯曲梁21，该弯曲杆 26通过弯曲梁21分别与定平台24和动平台22连接，该弯曲杆26为设置有缺口的框形弯曲杆。“T”字形移动部的竖直部件位于缺口处，“T”字形移动部的横向部件位于弯曲杆26内部，并通过弯曲梁21与弯曲杆26内部连接，实现弯曲杆26与动平台22连接。本实施例的弯曲杆26的两侧分别通过弯曲梁21与定平台24连接，两条放大杆23的一端通过双柔顺铰链25与其中两个弯曲杆26 的缺口相对后部连接，其余两个弯曲杆26的缺口相对后部均与定平台之间设置有间隙一4。弯曲杆26中形成缺口的两条支杆均与动平台22的安装部之间设置有间隙二5。
本实施例的双柔顺铰链25为对称型双柔顺铰链，并由两个相同的单柔顺铰链组成；两个单柔顺铰链背对对称设置，该单柔顺铰链的横截面呈弧形。该单柔顺铰链的横截面可以为圆弧形、半圆形或半椭圆形等其它形状。
本发明的第一种激光焊接方法是这样的：控制换能器3在柔性解耦机构2 的放大杆23上施加振动，使得双柔顺铰链25在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台22上的激光头1产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
具体地说有以下两种方式：
方式一：控制换能器3在柔性解耦机构2的放大杆23上以改变振幅大小和频率大小的方式施加振动，使得双柔顺铰链25在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台22上的激光头1产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接；
方式二：控制两个换能器3输出不同相位差的两个振动，以通过控制两个振动的相位差得到不同激光头1的振动形式对柔性解耦机构2的放大杆23施加振动，使得双柔顺铰链25在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台22上的激光头1产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
本发明的第二种激光焊接方法是这样的：控制两个换能器3在柔性解耦机构2的两条放大杆23上分别施加一个X方向和一个Y方向的振动，使得双柔顺铰链25在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台24在X方向和Y方向的振动不会互相影响，使得X方向和Y方向的振动作用到激光束上，以增强激光密度和减小焊接产生的气孔，实现激光焊接。
本发明在传统的激光头1上增加了柔性解耦机构2，该柔性解耦机构2为一个柔顺机构，其材料是铝合金7075，具有很好的动力学性能，一体成型，不需要额外的装配，加工方便。由于柔性解耦机构2的材料具有高的弹性模量和低的密度，因此能够将其受到来自换能器3的振动转变为激光头1的微小位移。在激光焊接过程中，两个换能器3往柔性解耦机构2发送振动波，振动波通过柔性解耦机构2传递到激光头1上，一方面可以通过改变振幅的大小和频率的大小来控制调节激光头的微小移动，从而达到控制调节激光焊接轨迹的作用，有利于增强激光焊接过程中的稳定性。另一方面可以将振动作用到激光束上，以加强激光束的密度，减小气孔产生，增强焊缝质量，提高焊接质量。此外本发明不仅能够很好的实现对铝合金等具有高表面激光反射率的金属进行焊接，对普通的不锈钢和合金钢等材料也具有良好的焊接效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型激光焊接装置，其特征在于：包括激光头、柔性解耦机构和两个换能器；所述柔性解耦机构包括定平台、动平台、四个弯曲部件、两条放大杆和双柔顺铰链；所述激光头安装在动平台上；所述动平台通过弯曲部件与定平台连接；两条所述放大杆的一端通过双柔顺铰链与其中两个弯曲部件连接，另一端通过双柔顺铰链与定平台连接；两个所述换能器分别与两条放大杆连接。
2.根据权利要求1所述的新型激光焊接装置，其特征在于：所述动平台由移动部和安装部一体成型；所述移动部设置在安装部的四边，激光头安装在安装部上；
所述移动部呈“T”字形，“T”字形移动部的竖直部分与安装部连接。
3.根据权利要求2所述的新型激光焊接装置，其特征在于：四个所述弯曲部件均包括弯曲杆和弯曲梁；所述弯曲杆通过弯曲梁分别与定平台和动平台连接；所述弯曲杆为设置有缺口的框形弯曲杆。
4.根据权利要求3所述的新型激光焊接装置，其特征在于：“T”字形移动部的竖直部件位于缺口处，“T”字形移动部的横向部件位于弯曲杆内部，并通过弯曲梁与弯曲杆内部连接，实现弯曲杆与动平台连接。
5.根据权利要求3所述的新型激光焊接装置，其特征在于：所述弯曲杆的两侧分别通过弯曲梁与定平台连接；两条所述放大杆的一端通过双柔顺铰链与其中两个弯曲杆的缺口相对后部连接；其余两个弯曲杆的缺口相对后部均与定平台之间设置有间隙一。
6.根据权利要求3所述的新型激光焊接装置，其特征在于：所述弯曲杆中形成缺口的两条支杆均与动平台的安装部之间设置有间隙二。
7.根据权利要求1所述的新型激光焊接装置，其特征在于：所述换能器与放大杆连接有弯曲部件的一端连接；
所述双柔顺铰链为对称型双柔顺铰链，并由两个相同的单柔顺铰链组成；两个单柔顺铰链背对对称设置；所述单柔顺铰链的横截面呈弧形、圆弧形、半圆形或半椭圆形。
8.一种新型激光焊接方法，其特征在于：控制换能器在柔性解耦机构的放大杆上施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
9.根据权利要求8所述的新型激光焊接方法，其特征在于：控制换能器在柔性解耦机构的放大杆上以改变振幅大小和频率大小的方式施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接；
或者，控制两个换能器输出不同相位差的两个振动，以通过控制两个振动的相位差得到不同激光头的振动形式对柔性解耦机构的放大杆施加振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台上的激光头产生位移，以调节激光焊接轨迹实现激光焊接。
10.一种新型激光焊接方法，其特征在于：控制两个换能器在柔性解耦机构的两条放大杆上分别施加一个X方向和一个Y方向的振动，使得双柔顺铰链在振动的作用下发生弹性变形以带动弯曲部件转动和产生弹性变形，此时，与弯曲部件连接的动平台在X方向和Y方向的振动不会互相影响，使得X方向和Y方向的振动作用到激光束上，以增强激光密度和减小焊接产生的气孔，实现激光焊接。
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