CN112475609B - 一种超声辅助激光焊接变形抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声辅助激光焊接变形抑制装置，包括激光焊接头、弧形滑件、活页结构、超声振动结构，弹簧和螺母，活页结构包括固定板、旋转板以及转轴，固定板和旋转板的左右竖边上各固定设置有一根螺杆，弧形滑件上含弧形滑槽；螺母以及固定板的左右竖边和旋转板的左右竖边上连接的螺杆均用于支撑弧形滑件和/或确定固定板与旋转板之间的夹角；超声振动结构固定设置在旋转板上使其能与激光焊接头保持同步移动；弹簧设置在超声振动结构处且用于确保超声振动结构的工具头保持压紧在待激光焊接的焊接试样上。本发明提供的装置解决了传统超声振动结构无法实现定距离和任意角度跟随激光仪器焊接的问题，还能确保超声振动结构一直保持与焊接试样接触。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域，具体涉及一种超声辅助激光焊接变形抑制装置。
背景技术
随着激光焊接技术的广泛应用，焊接后的试样缺陷也逐渐暴露出来，比较明显的为焊接后材料宏观外形的变化，特别是对于薄板材料的焊接，其在激光焊接后很容易产生明显变形，这使得激光焊接的应用受到一定的制约。对此本领域提出了超声振动辅助激光焊接的方法来控制焊接的变形，但在激光焊接过程中，传统的超声振动结构无法实现定距离跟随激光仪器焊接，更加无法确保超声振动结构一直保持与焊接试样接触。
例如专利申请CN201610363274公开了一种超声辅助脉冲激光-MIG复合热源焊接装置及其焊接方法，属于焊接技术领域，两个待焊铝合金板按照对接的形式固定在数控工作台上，脉冲激光束通过激光焊接头后、倾斜照射在待焊铝合金板的正面，MIG焊枪置于待焊铝合金板的正面，MIG焊枪中安装焊丝；超声波振动工具头置于待焊铝合金板的背面、两个待焊铝合金板的对接缝中间，超声波振动工具头与变幅杆连接，变幅杆与换能器连接，换能器通过传输线与超声波发生器连接，实现超声波振动工具头相对于待焊铝合金板的往复运动。该发明解决了现有铝合金激光-电弧复合热源焊接方法易导致焊缝晶粒粗大、易形成较多气孔，从而降低铝合金焊接接头强度的问题。但上述发明无法解决上述两个问题。
因此，本领域需要一种新的激光焊接装置或方法来解决传统的超声振动结构无法实现定距离和任意角度跟随激光仪器焊接，更加无法确保超声振动结构一直保持与焊接试样接触的技术问题。
发明内容
因此，本发明提供一种超声辅助激光焊接变形抑制装置，包括激光焊接头、弧形滑件、活页结构、超声振动结构，弹簧和螺母，所述活页结构包括固定在所述激光焊接头上的固定板、与固定板所呈角度可调的旋转板以及设置在二者间的转轴，所述固定板的左右竖边上各固定设置有一根螺杆，所述旋转板的左右竖边上同样各固定设置有一根螺杆，所述弧形滑件上含弧形滑槽；所述固定板的左竖边和旋转板的左竖边上连接的螺杆均穿过左边弧形滑件上的弧形滑槽，相应这两根螺杆与弧形滑槽的匹配可使得固定板与旋转板之间的夹角基本确定，且相应这两根螺杆用于支撑左边的弧形滑件，所述螺母用于进一步稳固所述固定板与旋转板之间的夹角；所述固定板的右竖边和旋转板的右竖边上连接的螺杆以与左边相同的方式支撑弧形滑件和确定所述固定板与旋转板之间的夹角；所述超声振动结构固定设置在所述旋转板上使得超声振动结构能与激光焊接头保持同步移动；所述弹簧设置在超声振动结构处且用于确保所述超声振动结构的工具头保持压紧在待激光焊接的焊接试样上；所述活页结构用于调整超声振动结构对焊接试样的作用位点与激光焊接头对焊接试样的作用位点之间的夹角和/或距离。
在一种具体的实施方式中，所述装置还包括用于调节所述弹簧5的预压缩长度的螺栓。
在一种具体的实施方式中，所述超声振动结构外壳的径向外侧套设有所述弹簧，所述螺栓包括多个，且多个螺栓分布在弹簧的外周，且每个螺栓均对应安装在所述旋转板的多个安装孔上。
在一种具体的实施方式中，所述旋转板上包括5个安装孔，所述螺栓相应为5个，且在所述旋转板的自由端设置有用于超声振动结构送入旋转板上以便安装固定的开口。
在一种具体的实施方式中，所述超声振动结构从头部到尾部依次包括工具头、变幅杆和换能器，所述工具头和变幅杆均为钛合金材质，且在从超声振动结构头部到尾部的方向上，所述换能器依次包括铝合金材质的前盖板、多片压电陶瓷和钢质的后盖板。
在一种具体的实施方式中，所述装置还包括用于夹持所述焊接试样的试样夹具以及用于支撑所述试样夹具的工作台。
在一种具体的实施方式中，所述固定板通过焊接的方式固定连接在所述激光焊接头的侧壁上。
在一种具体的实施方式中，所述螺杆均通过焊接的方式使得其长度方向的一端固定在所述固定板或旋转板上。
在一种具体的实施方式中，所述螺母均用于从每根螺杆的自由端旋上并使得螺母与弧形滑件的外侧壁接触和压紧，使得所述固定板与旋转板之间的夹角稳固。
本发明至少具备如下有益效果：本发明提出一种活页式的超声振动结构的夹具，活页式夹具的两块板间角度任意可调和固定，使得超声振动结构能实现完全跟随激光焊接头运动，且能实现以任意的角度和压力控制超声振动结构施加在焊接试样上的力。
也就是说，本发明提供的装置解决了传统超声辅助焊接无法定距离随激光焊接振动和无法及时调整超声振动结构的下压力的缺点，能有效抑制激光焊接变形。本发明所述装置对获取超声振动辅助激光焊接工艺数据库具有重要价值，且本发明所述装置为提高薄板构件的激光焊接质量和为抑制激光焊接变形奠定基础。
附图说明
图1为超声辅助激光焊接变形抑制装置的整体示意图。
图2为装置中弧形滑件、活页结构以及螺杆和螺母的示意图。
图3为装置中超声振动结构的示意图。
图中：激光焊接头1，弧形滑件2，弧形滑槽21，旋转板3，安装孔31，开口32，超声振动结构4，弹簧5，工作台6，试样夹具7，焊接试样8，螺母9，固定板10，转轴11，螺栓12。
具体实施方式
本发明提供一种超声辅助激光焊接变形抑制装置，包括激光焊接头1、弧形滑件2、活页结构、超声振动结构4，弹簧5和螺母9，所述活页结构包括固定在所述激光焊接头1上的固定板10、与固定板所呈角度可调的旋转板3以及设置在二者间的转轴11，所述固定板10的左右竖边上各固定设置有一根螺杆，所述旋转板3的左右竖边上同样各固定设置有一根螺杆，所述弧形滑件2上含弧形滑槽21；所述固定板10的左竖边和旋转板3的左竖边上连接的螺杆均穿过左边弧形滑件2上的弧形滑槽21，相应这两根螺杆与弧形滑槽21的匹配可使得固定板10与旋转板3之间的夹角基本确定，且相应这两根螺杆用于支撑左边的弧形滑件2，所述螺母9用于进一步稳固所述固定板10与旋转板3之间的夹角；所述固定板10的右竖边和旋转板3的右竖边上连接的螺杆以与左边相同的方式支撑弧形滑件2和确定所述固定板10与旋转板3之间的夹角；所述超声振动结构4固定设置在所述旋转板3上使得超声振动结构4能与激光焊接头1保持同步移动；所述弹簧5设置在超声振动结构4处且用于确保所述超声振动结构4的工具头保持压紧在待激光焊接的焊接试样8上；所述活页结构用于调整超声振动结构对焊接试样的作用位点与激光焊接头对焊接试样的作用位点之间的夹角和/或距离。
本发明所述超声辅助激光焊接变形抑制装置的组装及使用方法：
首先将旋转板和固定板通过转轴连接在一起形成活页结构，该活页结的两块板间的角度能任意调节。将装好的活页结构固定在激光焊接头上，再将超声振动结构通过螺钉固定在旋转板上，在超声振动结构与旋转板处放置有弹簧。在实际操作中，通过将每个弧形滑件处的两个螺母分别拧紧，则旋转板和固定板间的夹角可调节且可固定，从而方便调整超声振动结构的工具头与激光焊接位置的距离。通过控制螺栓的螺帽与旋转板之间的距离来控制弹簧的压缩量，以便调节超声振动结构的下压力，并保证超声振动结构的工具头保持压紧在焊接试样上，进而可通过该装置详细探究超声辅助激光焊接工艺对焊接质量的影响，该装置也有利于获得超声振动辅助激光焊接工艺数据库，以便进一步指导实际的超声振动辅助激光焊接。该装置还可以用于超声振动辅助激光焊接的实际操作中。
本装置中超声振动结构与激光焊接头可以完全保持沿焊缝方向的同步运动，能够得到精准的超声振动辅助激光焊接操作。
也就是说，本发明提供一种超声辅助激光焊接变形抑制装置，包括激光焊接头、弧形滑件、活页结构、超声振动结构，弹簧和螺母，活页结构包括固定板、旋转板以及转轴，固定板和旋转板的左右竖边上各固定设置有一根螺杆，弧形滑件上含弧形滑槽；所述螺母以及固定板的左右竖边和旋转板的左右竖边上连接的螺杆均用于支撑弧形滑件和/或确定固定板与旋转板之间的夹角；超声振动结构固定设置在旋转板上使其能与激光焊接头保持同步移动；弹簧设置在超声振动结构处且用于确保超声振动结构的工具头保持压紧在待激光焊接的焊接试样上。
本发明提供的超声辅助激光焊接变形抑制装置解决了传统超声振动结构无法实现定距离和任意角度跟随激光仪器焊接的问题，还能确保超声振动结构一直保持与焊接试样接触。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种超声辅助激光焊接变形抑制装置，包括激光焊接头（1）、弧形滑件（2）、活页结构、超声振动结构（4），弹簧（5）和螺母（9），所述活页结构包括固定在所述激光焊接头（1）上的固定板（10）、与固定板所呈角度可调的旋转板（3）以及设置在二者间的转轴（11），所述固定板（10）的左右竖边上各固定设置有一根螺杆，所述旋转板（3）的左右竖边上同样各固定设置有一根螺杆，所述弧形滑件（2）上含弧形滑槽（21）；所述固定板（10）的左竖边上连接的螺杆和旋转板（3）的左竖边上连接的螺杆均穿过左侧的弧形滑件（2）上的弧形滑槽（21），相应这两根螺杆与弧形滑槽（21）的匹配可使得固定板（10）与旋转板（3）之间的夹角基本确定，且相应这两根螺杆用于支撑左侧的弧形滑件（2），所述螺母（9）用于进一步稳固所述固定板（10）与旋转板（3）之间的夹角；所述固定板（10）的右竖边上连接的螺杆和旋转板（3）的右竖边上连接的螺杆以与左侧相同的方式支撑右侧的弧形滑件（2）和确定所述固定板（10）与旋转板（3）之间的夹角；所述超声振动结构（4）固定设置在所述旋转板（3）上使得超声振动结构（4）能与激光焊接头（1）保持同步移动；所述弹簧（5）设置在超声振动结构（4）处且用于确保所述超声振动结构（4）的工具头保持压紧在待激光焊接的焊接试样（8）上；所述活页结构用于调整超声振动结构（4）对焊接试样（8）的作用位置与激光焊接头（1）对焊接试样（8）的作用位置之间的夹角和/或距离；所述装置还包括用于调节所述弹簧（5）的预压缩长度的螺栓（12），所述超声振动结构（4）外壳的径向外侧套设有所述弹簧（5），所述螺栓（12）包括多个，且多个螺栓分布在弹簧（5）的外周，且每个螺栓均对应安装在所述旋转板（3）的多个安装孔（31）上；所述旋转板（3）上包括5个安装孔（31），所述螺栓（12）相应为5个，且在所述旋转板（3）的自由端设置有用于超声振动结构（4）送入旋转板（3）上以便安装固定的开口（32）；所述螺杆均通过焊接的方式使得其长度方向的一端固定在所述固定板（10）或旋转板（3）上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声振动结构（4）从头部到尾部依次包括工具头（43）、变幅杆（42）和换能器（41），所述工具头（43）和变幅杆（42）均为钛合金材质，且位于从超声振动结构（4）头部到尾部的方向上，所述换能器（41）依次包括铝合金材质的前盖板（411）、多片压电陶瓷（412）和钢质的后盖板（413）。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于夹持所述焊接试样（8）的试样夹具（7）以及用于支撑所述试样夹具（7）的工作台（6）。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述固定板（10）通过焊接的方式固定连接在所述激光焊接头（1）的侧壁上。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述螺母（9）均用于从每根螺杆的自由端旋上并使得螺母（9）与弧形滑件（2）的外侧壁接触和压紧，使得所述固定板（10）与旋转板（3）之间的夹角稳固。
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