CN111618438A - 一种磁场辅助双激光束-tig耦合双侧同步焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁场辅助双激光束‑TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，属于高质量高效率焊接领域。该装置包括激光‑TIG复合焊接组件、自动装夹组件和外加磁场组件。本发明的激光‑TIG复合焊接组件包括激光焊接头、TIG焊接头、TIG送丝机构，激光焊接头固定于机械臂上，TIG焊接头、TIG送丝机构通过可动连接装置固定于激光焊接头上，通过可动连接装置调整角度；自动装夹组件包括蒙皮压紧装置、桁条压紧装置。本发明所用的双激光束‑TIG耦合双侧同步焊接方法，优势是利用TIG填丝的可适应性，降低装配精度需求，利用外加磁场与电弧电流的交互作用，实现高质量焊接；本装置装夹组件可实现自动装夹，提高生产效率。

Description

一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法
技术领域
本发明属于高质量高效率焊接领域，特别涉及一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法。
背景技术
铝合金具有比强度高，加工性好，密度小等优点，因此在船舶、航空航天、机械制造等领域中得到大量应用。目前，铝合金的焊接方法主要有熔化极氩弧焊(MIG、MAG)、钨极惰性气体保护焊(TIG)等普通电弧焊，以及逐渐得到应用的高能束流焊，例如，电子束焊接以及逐渐成熟的激光焊接技术。
钨极氩弧焊(Tungsten inert gas welding，TIG)电弧稳定，能实现高品质焊接，得到优良的焊缝，但TIG作为电弧焊的一种，具有着电弧焊所共有的缺点：TIG焊接速度较低，因而对接头的热输入较大，容易导致较大的焊接变形，造成焊接接头组织粗大、热影响区宽、性能弱化等一系列的缺点。
激光焊接具有高能量密度、较高焊接速度等特点，对铝合金进行焊接时可获得高质量的焊接接头。激光焊接虽然具有能量密度高，热输入小等优点，然而，激光焊接存在焊缝间隙桥接能力差的缺点，在焊接中厚度铝合金板时，对焊件装配精度要求高。同时，铝合金比热容较大，对激光的反射率较高，能量吸收率较低，易产生焊缝未熔透的缺陷。
综合上述问题，为获得高质量的焊接接头，提出了激光-TIG复合焊接方法。激光-TIG复合焊接，是将激光热源和TIG热源组合成复合热源，共同进行焊接的方法，两种热源组合在一起形成“1+1＞2”的协同效应，充分利用了激光和电弧的优势，避免单激光和单TIG焊接的一些缺点，大大提高了焊接过程的稳定性，提高了接头的质量及焊接效率，降低了工件加工、装配要求，是一种新型、有效的焊接方法。
中国专利CN203282047涉及一种汽车后靠背薄壁激光焊接装置，包括主控制器等，主控制器位于该装置外面下部，与机器人、夹具系统和分度转台系统进行信息传递；机器人位于该激光焊接装置的内部，与振镜进行信息传递；激光器位于该上部；振镜安装于机器人的前端，且位于夹具系统的中轴线上；分度转台系统安装于该装置内部，且位于夹具系统的中轴线上；人机交互界面位于该激光焊接装置的底部。该实用新型焊接过程的工艺参数稳定，不受外界因素影响，保证焊接质量稳定。在薄壁焊接中，直接通过焊接的热影响区目视判定产品的焊接质量，保证了产品的安全，提高了汽车的安全性能。
中国专利CN105537764A涉及一种极柱电芯激光焊接装置，尤其是涉及一种焊接前能检测极柱电芯的高度，确保待焊接位置准确，且激光焊头可调倾斜角度，提高了焊接品质；两个激光焊接装置同时焊接，提高了生产效率的带高度检测的极柱电芯激光焊接装置。
上述现有技术方案中普遍适用于薄板对接焊接，不适用于中厚板T型结构焊接，无法实现高质量焊接，且装夹组件设计不合理，无法实现自动化装夹，实际焊接生产效率较低。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，本发明所采用的双激光束-TIG耦合双侧同步焊接方法，优势在于利用TIG填丝的可适应性，降低实际T型结构装配精度需求，实现高效率焊接，同时，可在无焊缝追踪技术支持下实现T型结构高质量焊接；本装置装夹组件可实现自动装夹，大幅提高焊接生产效率。
为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下所述：
本发明涉及一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，属于高质量高效率焊接领域。该装置包括激光-TIG复合焊接头组件、自动装夹组件和外加磁场组件。
优选的，激光-TIG复合焊接组件包括激光焊接头、TIG焊接头、TIG送丝机构、可动连接装置。本发明涉及一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接方法，激光-TIG复合焊接头组件为沿T型结构桁条对称分布的两组组件。
更进一步的，激光焊接头直接固定于机械臂上，通过机械臂对激光焊接头进行角度调整；而TIG焊接头、TIG送丝机构通过可动连接装置固定于激光焊接头上，随机械臂沿焊接路径进行运动，TIG焊接头、TIG送丝机构通过可动连接装置进行角度调整，从而得到所需要的角度。
优选的，自动装夹组件包括蒙皮压紧装置、桁条压紧装置。蒙皮压紧装置包括压条、传动装置。两组蒙皮压紧装置沿T型结构桁条对称分布，通过驱动电机，经传动装置，让压条对蒙皮施加压力，使蒙皮紧贴工作平台，实现快速装夹。
优选的，自动装夹组件包括蒙皮压紧装置、桁条压紧装置。桁条压紧装置包括压紧滚轮、随动滚轮、安装台。压紧滚轮安装于安装台上，通过驱动电机驱动，让压紧滚轮对桁条施加垂直于蒙皮的压力，使桁条与蒙皮紧紧垂直接触，且随焊接的进行，压紧滚轮在驱动电机作用下随之运动，始终对待焊位置施加垂直压力。
更进一步的，随动滚轮安装于安装台内两侧位置，起辅助固定作用，防止桁条在焊接过程中左右偏移。随动滚轮外表面有橡胶圈，根据桁条的尺寸选择不同规格的橡胶圈，从而对桁条进行良好的辅助固定作用。
优选的，本发明涉及一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接方法，考虑到保护气保护效果以及焊接过程干涉问题，TIG焊接头内设置有保护气气道，对焊接过程起保护作用。
优选的，外加磁场组件包括磁场发生装置、随动小车装置。外加磁场组件位于焊接位置正下方，磁场发生装置产生强度可任意调节的磁场，磁场方向垂直于蒙皮平面，随动小车装置可根据焊接速度调节运动速度，使焊接位置一直处于磁场范围内，外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流动，得到高质量焊接结构。
本发明具有的优点和积极效果有：
1.面向中厚度T型结构焊接。单一激光热源在焊接中厚板时，需要大功率激光热源，易产生形变、气孔和裂纹等缺陷，本发明采用双激光束-TIG耦合双侧同步焊接方法，两种热源组合在一起形成“1+1＞2”的协同效应，且双侧同步焊接保证了最小程度的焊接形变。
2.装配精度需求低。本发明所采用的双激光束-TIG耦合双侧同步焊接方法，优势在于利用TIG填丝的可适应性，降低装配精度需求，实现高效率焊接。
3.焊接质量提高。对于整个焊接过程提供稳定可调节的外加磁场，外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流动，得到高质量焊接结构。
4.效率提高。本装置所设计的装夹组件包括蒙皮压紧装置、桁条压紧装置，均可实现蒙皮、桁条自动化装夹，且装夹效果良好，最大程度减少了装夹时间，提升了焊接生产效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法的结构示意图；
图2是本发明一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法的激光-TIG复合焊接件的结构示意图；
图3是本发明一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法的蒙皮压紧装置的结构示意图。
图4是本发明一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法的桁条压紧装置的结构示意图。
1-激光-TIG复合焊接头组件；11-激光焊接头；12-TIG焊接头；13-TIG送丝机构；14-可动连接装置；
2-自动装夹组件；21-蒙皮压紧装置；22-桁条压紧装置；211-压条；212-传动装置；221-压紧滚轮；222-随动滚轮；223-安装台；
3-外加磁场组件；31-磁场发生装置；32-随动小车装置；
1-101-桁条；102-蒙皮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
激光焊接被广泛应用于铝合金的焊接中，但现有技术中的激光焊接普遍适用于薄板焊接，不适用于中厚板T型结构焊接，无法实现高质量焊接，且装夹组件设计不合理，无法实现自动化装夹，降低了实际焊接生产效率。
针对上述文体，本实施例提供了一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其可用于高质量高效率焊接领域。本实施例以双激光束双侧同步焊接装置对T型工件进行焊接为例进行说明，图1中X向为焊接方向。如图1所示，磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置用于对工件进行焊接，装置整体包括激光-TIG复合焊接头组件1、自动装夹组件2和外加磁场组件3。如图2所示，激光-TIG复合焊接头组件包括两个激光焊接头11、两个TIG焊接头12、两个TIG送丝机构13、可动连接装置14。激光焊接头11用于发射激光束，激光焊接头11直接固定于机械臂上，通过机械臂对激光焊接头11进行角度调整；TIG焊接头12输出焊接电流，熔化母材以及焊丝，TIG送丝机构13以可调的送丝速度输送焊丝，TIG焊接头12、TIG送丝机构13通过可动连接装置14固定于激光焊接头11上，随机械臂沿焊接路径进行运动，TIG焊接头12、TIG送丝机构13通过可动连接装置14进行角度调整，从而得到所需要的角度。
具体地，用于T型结构工件装夹的自动装夹组件2，包括蒙皮压紧装置21和桁条压紧装置22。如图3所示，蒙皮压紧装置21包括两根压条211和两副传动装置212。压条211与传动装置212连接，两侧配套的驱动电机输出动力，经各自传动装置212使蒙皮左右两侧压条211向下压紧蒙皮102。如图3所示，桁条压紧装置22包括一个压紧滚轮221、四个随动滚轮222、一个安装台223，压紧滚轮221安装于安装台223内正上方，随动滚轮222安装于安装台223两侧上，配套的驱动电机输出动力，使压紧滚轮221对桁条101施加垂直于蒙皮102的压力，令桁条101与蒙皮102紧紧垂直接触，且随焊接的进行，压紧滚轮221在驱动电机作用下随之运动，始终对待焊位置施加垂直压力。随动滚轮222安装于安装台223内两侧位置，起辅助固定作用，防止桁条101在焊接过程中左右偏移。随动滚轮222外表面有橡胶圈，根据桁条101的尺寸选择不同规格的橡胶圈，从而对桁条101进行良好的辅助固定作用。
具体地，考虑到保护气保护效果以及焊接过程干涉问题，保护气气道设置于TIG焊接头内，保护气体流量可调节，在焊接过程中对焊接过程起保护作用。
具体地，外加磁场组件3包括磁场发生装置31、随动小车装置32。外加磁场组件3位于焊接位置正下方，磁场发生装置31产生强度可任意调节的磁场，磁场方向垂直于蒙皮102平面，随动小车装置32可根据焊接速度调节运动速度，使焊接位置一直处于磁场范围内，外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流动，得到高质量焊接结构。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，包括激光-TIG复合焊接头组件(1)、自动装夹组件(2)和外加磁场组件(3)。
2.根据权利1要求所述的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其特征在于：利用TIG填丝良好的可适应性和桥接能力，组成激光-TIG耦合焊接装置，沿桁条101对称分布，对T型结构进行双激光束-TIG耦合双侧同步焊接，两种热源组合在一起具有“1+1＞2”的协同效应，节能高效，能对中厚板进行高质量焊接；外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流动，得到高质量焊接结构。
3.根据权利1要求所述的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其特征在于：激光-TIG复合焊接组件中的激光焊接头(11)直接固定于机械臂上，TIG焊接头(12)以及TIG送丝机构(13)通过可动连接装置(14)固定于激光焊接头(11)上，通过机械臂和可动连接装置(14)调整两者角度，使其符合焊接角度要求。
4.根据权利1要求所述的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其特征在于：自动装夹组件(2)包括蒙皮压紧装置(21)、桁条压紧装置(22)。蒙皮压紧装置(21)包括压条(211)和传动装置(212)，总共包括两组蒙皮压紧装置(21)，沿T型结构对称分布，通过配套驱动电机，经传动装置(212)，让压条(211)对蒙皮(102)施加压力，使蒙皮(102)紧贴工作平台(4)，实现快速装夹。
5.根据权利1要求所述的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其特征在于：自动装夹组件(2)包括蒙皮压紧装置(21)、桁条压紧装置(22)。桁条压紧装置(22)包括压紧滚轮(221)、随动滚轮(222)和安装台(223)。压紧滚轮(221)与随动滚轮(222)安装于安装台(223)上，通过驱动电机驱动，让压紧滚轮(221)对桁条(101)施加垂直于蒙皮(102)的压力，使桁条(101)与蒙皮(102)紧紧垂直接触，且随焊接的进行，压紧滚轮(221)在驱动电机作用下随之运动，始终对待焊位置施加垂直压力。随动滚轮(222)起辅助固定作用，且根据不同尺寸的桁条(101)，可更换随动滚轮外的橡胶圈规格。
6.根据权利1要求所述的一种磁场辅助双激光束-TIG耦合双侧同步焊接装置及方法，其特征在于：外加磁场组件(3)包括磁场发生装置(31)、随动小车装置(32)。外加磁场组件(3)位于焊接位置正下方，磁场发生装置(31)产生强度可任意调节的磁场，磁场方向垂直于蒙皮(102)平面，随动小车装置(32)可根据焊接速度调节运动速度，使焊接位置一直处于磁场范围内，外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流动，得到高质量焊接结构。
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