CN114178701A - 7b52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的7B52铝合金激光‑电弧复合焊接定位装置，包括机架和设于所述机架上的激光头和电弧焊枪，其特征在于：所述机架上还设有可移动的安装座、及用于驱动所述安装座移动的驱动机构，所述电弧焊枪固定安装在所述安装座上，且驱动机构包括计量结构，能够精准调节、并量化激光头和电弧焊枪之间的相对位置。一种如前所述的7B52铝合金激光‑电弧复合焊接定位装置的使用方法，其特征在于，依次包括如下步骤：步骤一、对试板的破口进行打磨、清洗；步骤二、将试板对接放置并固定，在试板起弧、收弧及中间处点焊；步骤三、调试激光头和电弧焊枪的位置以定位起弧和收弧点；步骤四、设定焊接工艺参数，进行对接试板的焊接。

Description

7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及焊接装置技术领域，尤其是涉及一种7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，还涉及前述7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法。
背景技术
随着社会的不断发展，能源问题越发突出，材料向着轻量化发展，尤其是铝、镁、钛等轻量化金属材料在国民生产总值的比重逐渐升高。高强铝合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性优良、焊接性良好、可热处理等优点，广泛应用于航空航天、海洋、高速列车、装甲车辆等领域。现阶段，7B52铝合金通常采用钨极氩弧焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)等工艺。7B52铝合金厚度在15mm以上，虽然TIG焊操作简单、焊接质量佳，但其焊接效率低；MIG焊在焊接厚板时熔敷量大，焊接效率高，但其内部常存在气孔、未熔合、裂纹等缺陷。目前7B52铝合金现有技术手段存在质量差、效率低两大突出问题。
近几年快速发展的激光-电弧复合焊是一种高效、高质的焊接方法，其因具有能量密度高、热输入小、变形小等优点有望解决7B52铝合金的焊接难题。然而，现阶段，精准确定激光-电弧复合焊接装置的激光头中的激光斑点和电弧焊枪中焊丝之间的相对位置较难，使激光-电弧复合焊接7B52铝合金相比于传统的熔化焊参数可重复性差，同时，采用激光-电弧复合焊接7B52铝合金的报道较少，因此，需要对7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置进行进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能够调节激光头和电弧焊枪之间的相对位置、并能量化调节程度从而能够提高焊接操作可重复性的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种上述7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法。
本发明解决上述的第一个技术问题所采用的技术方案为：一种7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，包括机架和设于所述机架上的激光头和电弧焊枪，其特征在于：所述机架上还设有可移动的安装座、及用于驱动所述安装座移动的驱动机构，所述电弧焊枪固定安装在所述安装座上，且所述驱动机构包括计量结构。
为了便于更加精准地调节电弧焊枪的空间位置，所述驱动机构从后向前依次包括第一驱动组件、第二驱动组件和第三驱动组件，该第一驱动组件用于驱动所述电弧焊枪前后移动，所述第二驱动组件用于驱动所述电弧焊枪上下移动，所述第三驱动组件用于驱动所述电弧焊枪左右移动。
为了使驱动结构分布更加合理、结构更加简单，同时，为了便于无极调节电弧焊枪的位置，所述第一驱动机构包括固定在所述机架上的第一壳体、及螺纹连接于所述第一壳体上的第一丝杆，该第一丝杆沿前后方向设置；所述第二驱动机构包括固定在所述第一壳体上的第二壳体、及螺纹连接于所述第二壳体上的第二丝杆，该第二丝杆沿上下方向设置；所述第三驱动机构包括第三壳体、及螺纹连接于所述第三壳体上的第三丝杆，所述第三壳体的上侧与所述第二壳体固定、下侧与所述安装座固定，且所述第三丝杆沿左右方向设置。
为了便于精准地控制电弧焊枪的位移参数从而便于对电弧焊枪的空间位置进行精准定位，所述第一丝杆、第二丝杆和第三丝杆中至少一个的端部设有旋钮，且所述计量结构为标示在各旋钮上的刻度。
为了便于合理设置激光头和电弧焊枪的位置，所述激光头沿左右方向设置，所述安装座位于所述激光头的上方，所述电弧焊枪可前后摆动地贯穿于所述安装座上，所述电弧焊枪沿左右方向设置且所述电弧焊枪的喷嘴朝向所述激光头的激光出设方向。
为了便于调节电弧焊枪的朝向，所述安装座内部具有空腔，所述安装座的前壁贯穿有转轴，该转轴的前端设有转盘，该转盘上设有手柄，所述转轴的后端与所述电弧焊枪通过设于所述内腔中的传动结构连接，从而使所述转轴的转动能带动所述电弧焊枪前后摆动。传动结构可以是锥形啮合传动机构或者蜗轮蜗杆传动机构。
为了便于精准地定位电弧焊枪的朝向，所述转盘上标示有角度。
为了使7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置上各部件合理分布，所述机架包括安装盘、第一空心横杆、空心竖杆和第二空心横杆，所述安装盘沿竖向设置、并用于固定在机床上，所述第一空心横杆自所述安装盘的前表面向前水平延伸，所述空心竖杆的后表面与所述第一空心横杆的前端衔接，所述驱动机构固定安装在所述空心竖杆的上部，所述第二空心横杆自所述竖杆的下端前表面向前水平延伸，且所述激光头可拆卸地连接在所述第二空心横杆的前端。
本发明解决上述的第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如前所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
步骤一、打磨焊接试板坡口及其上下两侧20mm范围内，然后用清洗液擦拭坡口表面的油污；
步骤二、将试板以对接形式放置，试板背部放置衬板，用塞尺固定试板之间的间隙，用压紧装置固定试板，并在试板起弧、收弧及中间处点焊；
步骤三、调试激光头和电弧焊枪的位置，两者位于试板间隙中间的正上方，定位起弧和收弧点；
步骤四、设定焊接工艺参数，进行对接试板的焊接。
进一步设计，所述试板的厚度为15～20mm，所述试板对接处的坡口形式为Y型坡口，钝边6～10mm，坡口角度40°～60°，试板间隙为0.3～0.8mm；激光头轴向与焊接方向的夹角为80°～85°，电弧焊枪的喷嘴处轴向与焊接方向的夹角为110°～115°；所述工艺参数中打底层的激光功率5500～10000W，电弧电流220～240A，焊接速度1.0～1.6m/min，激光斑点与电弧焊枪中焊丝的距离为2～4mm，激光离焦量-2～3mm；所述工艺参数中填充层的激光功率1000～1500W，电弧电流250～270A，焊接速度0.6～0.8m/min，激光斑点与电弧焊枪中焊丝尖端的距离为2～4mm，激光离焦量-2～0mm；电弧焊枪内焊丝直径为1.5～1.7mm，焊丝干伸长18～22mm，电弧焊枪保护气流量20～25L/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置通过驱动机构驱动安装座移动，从而使安装座能够带动固定安装于其上的电弧焊枪移动，进而能够调整激光头与电弧焊枪之间的相对位置，且驱动机构包括计量结构，能够对调节程度量化，从而能够精准地定位激光头和电弧焊枪之间的相对位置，以提高焊接操作的可重复性；7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法，实用性强，焊接过程稳定，焊道成形良好，过程飞溅量小，内部缺陷少，相比于传统的电弧焊，具有极强的穿透能力，填充金属量减小，熔敷效率高，提高了焊接效率。
附图说明
图1为本发明实施例中7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的立体结构图；
图2为本发明新型实施例中7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的立体结构图(另一方向下)；
图3为本发明实施例中7B52铝合金激光-电弧复合焊接的流程图。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步详细描述。
如图1～3所示，为本发明的最优实施例。
如图2所示，本实施例中的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，包括机架1，该机架1包括安装盘11、第一空心横杆12、空心竖杆13和第二空心横杆14；第一空心横杆12、空心竖杆13和第二空心横杆14均为方形杆，且机架1内部各部件通过焊接方式固定连接。安装盘11沿竖向设置、并用于固定在机床上；具体的，安装盘11通过铆接方式与机床上的机械臂固定连接。第一空心横杆12自安装盘11的前表面向前水平延伸，空心竖杆13的后表面与第一空心横杆12的前端衔接，空心竖杆13的上部设有可移动的安装座4、及用于驱动安装座4移动的驱动机构，该安装座4上固定安装有电弧焊枪3，驱动机构包括计量结构。第二空心横杆14自竖杆的下端前表面向前水平延伸，且在第二空心横杆14的前端可拆卸地连接有激光头2；该激光头2的侧壁通过紧固件如螺钉与第二空心横杆14可拆卸地连接。激光头2和电弧焊枪3均沿左右方向平行设置，且电弧焊枪3的喷嘴31与激光头2的激光出设方向均向右。
本实施例中的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置通过驱动机构驱动安装座4移动，从而使安装座4能够带动固定安装于其上的电弧焊枪3移动，进而能够调整激光头2与电弧焊枪3之间的相对位置，且驱动机构包括计量结构，能够对调节程度量化，从而能够精准地定位激光头2和电弧焊枪3之间的相对位置，以提高焊接操作的可重复性。如图1和图2所示，驱动机构从后向前依次包括第一驱动组件5、第二驱动组件6和第三驱动组件7，该第一驱动组件5用于驱动电弧焊枪3前后移动，第二驱动组件6用于驱动电弧焊枪3上下移动，第三驱动组件7用于驱动电弧焊枪3左右移动，从而便于更加精准地调节电弧焊枪3的空间位置。具体地，第一驱动机构包括固定在机架1上的第一壳体51、及螺纹连接于第一壳体51上的第一丝杆52，该第一丝杆52沿前后方向设置，且该第一丝杆52的一端设有第一旋钮53；第二驱动机构包括固定在第一壳体51上的第二壳体61、及螺纹连接于第二壳体61上的第二丝杆62，该第二丝杆62沿上下方向设置，且该第二丝杆62的一端设有第二旋钮63；第三驱动机构包括第三壳体71、及螺纹连接于第三壳体71上的第三丝杆72，第三壳体71的上侧与第二壳体61固定、下侧与安装座4固定，且第三丝杆72沿左右方向设置，该第三丝杆72的一端设有第三旋钮73，计量结构为分别标示在第一旋钮53、第二旋钮63和第三旋钮73上的刻度(图中未示出)，该刻度可以是角度，也可以是位移量，只要能够量化各壳体的移动量即可，从而便于精准地控制电弧焊枪3的位移参数从而便于对电弧焊枪3的空间位置进行精准定位。
如图1和图2所示，安装座4内部具有空腔(图中未示出)，安装座4的前壁贯穿有转轴8，该转轴8的前端设有转盘9，该转盘9上设有手柄91，转轴8的后端与电弧焊枪3通过传动结构连接，从而使转轴8的转动能带动电弧焊枪3前后摆动，以便于调节电弧焊枪3的朝向。转盘9上标示有角度(图中未示出)，从而便于精准地定位电弧焊枪3的朝向。该传动结构可以是锥形啮合传动机构，该锥形啮合传动机构包括设于转轴8后端的第一锥齿轮、及套接在电弧焊枪3上的第二锥齿轮，该第二锥齿轮位于内腔中、并与第一锥齿轮啮合；该传动结构还可以是蜗轮蜗杆传动机构。通过在旋钮上设置刻度、转盘9上设置角度，能够对电弧焊枪3的空间位置进行精准定位，从而能够提高焊接操作的可重复性。
本实施例中，7B52铝合金试板的板厚为20mm，钝边10mm，试板对接处的坡口形式为Y型坡口，坡口角度60°。
如图3所示，采用本实施例中的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置对该7B52铝合金进行激光-电弧复合焊接的具体方法为：
步骤一、打磨20mm7B52铝合金试板坡口及其上下两侧20mm范围内，然后用清洗液擦拭坡口表面的油污；
步骤二、将试板以对接形式放置，试板背部放置衬板，用塞尺固定试板之间的间隙在0.3～0.8mm范围内，用压紧装置固定试板，并在试板起弧、收弧及中间处点焊；
步骤三、调节激光头2与焊接方向的夹角为80°～85°，激光离焦量-2～3mm，转动转盘9使电弧焊枪3的喷嘴31处与焊接方向的夹角为110°～115°，电弧焊枪3中的焊丝直径1.6mm，干伸长18～22mm，转动第一旋钮53、第二旋钮63和第三旋钮73使激光头2发射的激光斑点与电弧焊枪3中的焊丝尖端距离为2～4mm，空间位置设定完成后，定位起弧和收弧点。
步骤四、设定打底层的工艺参数为：激光功率7500～8500W，电弧电流220～240A，焊接速度1.0～1.6m/min，10电弧焊枪氩气流量20～25L/min，填充层的工艺参数为：激光功率1000～1500W，电弧电流250～270A，焊接速度0.6～0.8m/min，电弧焊枪3氩气流量20～25L/min。开启激光头2和电弧焊枪3开关焊接铝合金试板。
本实施例中的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法，实用性强，焊接过程稳定，焊道成形良好，过程飞溅量小，内部缺陷少，相比于传统的电弧焊，具有极强的穿透能力，填充金属量减小，熔敷效率高，提高了焊接效率。

Claims (10)

1.一种7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，包括机架(1)和设于所述机架(1)上的激光头(2)和电弧焊枪(3)，其特征在于：所述机架(1)上还设有可移动的安装座(4)、及用于驱动所述安装座(4)移动的驱动机构，所述电弧焊枪(3)固定安装在所述安装座(4)上，且所述驱动机构包括计量结构。
2.根据权利要求1所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述驱动机构从后向前依次包括第一驱动组件(5)、第二驱动组件(6)和第三驱动组件(7)，该第一驱动组件(5)用于驱动所述电弧焊枪(3)前后移动，所述第二驱动组件(6)用于驱动所述电弧焊枪(3)上下移动，所述第三驱动组件(7)用于驱动所述电弧焊枪(3)左右移动。
3.根据权利要求2所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括固定在所述机架(1)上的第一壳体(51)、及螺纹连接于所述第一壳体(51)上的第一丝杆(52)，该第一丝杆(52)沿前后方向设置；所述第二驱动机构包括固定在所述第一壳体(51)上的第二壳体(61)、及螺纹连接于所述第二壳体(61)上的第二丝杆(62)，该第二丝杆(62)沿上下方向设置；所述第三驱动机构包括第三壳体(71)、及螺纹连接于所述第三壳体(71)上的第三丝杆(72)，所述第三壳体(71)的上侧与所述第二壳体(61)固定、下侧与所述安装座(4)固定，且所述第三丝杆(72)沿左右方向设置。
4.根据权利要求3所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述第一丝杆(52)、第二丝杆(62)和第三丝杆(72)中至少一个的端部设有旋钮，且所述计量结构为标示在各旋钮上的刻度。
5.根据权利要求1所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述激光头(2)沿左右方向设置，所述安装座(4)位于所述激光头(2)的上方，所述电弧焊枪(3)可周向转动地贯穿于所述安装座(4)上，所述电弧焊枪(3)沿左右方向设置且所述电弧焊枪(3)的喷嘴(31)朝向所述激光头(2)的激光出设方向。
6.根据权利要求5所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述安装座(4)内部具有空腔，所述安装座(4)的前壁贯穿有转轴(8)，该转轴(8)的前端设有转盘(9)，该转盘(9)上设有手柄(91)，所述转轴(8)的后端与所述电弧焊枪(3)通过设于所述内腔中的传动结构连接，从而使所述转轴(8)的转动能带动所述电弧焊枪(3)前后摆动。
7.根据权利要求6所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述转盘(9)上标示有角度。
8.根据权利要求5所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置，其特征在于：所述机架(1)包括安装盘(11)、第一空心横杆(12)、空心竖杆(13)和第二空心横杆(14)，所述安装盘(11)沿竖向设置、并用于固定在机床上，所述第一空心横杆(12)自所述安装盘(11)的前表面向前水平延伸，所述空心竖杆(13)的后表面与所述第一空心横杆(12)的前端衔接，所述驱动机构固定安装在所述空心竖杆(13)的上部，所述第二空心横杆(14)自所述竖杆的下端前表面向前水平延伸，且所述激光头(2)可拆卸地连接在所述第二空心横杆(14)的前端。
9.一种如权利要求1～8中任一权利要求所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
步骤一、对试板的破口进行打磨、清洗；
步骤二、将试板对接放置并固定，在试板起弧、收弧及中间处点焊；
步骤三、调试激光头(2)和电弧焊枪(3)的位置以定位起弧和收弧点；
步骤四、设定焊接工艺参数，进行对接试板的焊接。
10.根据权利要求9所述的7B52铝合金激光-电弧复合焊接定位装置的使用方法，其特征是：所述试板的厚度为15～20mm，所述试板对接处的坡口形式为Y型坡口，钝边6～10mm，坡口角度40°～60°，试板间隙为0.3～0.8mm；激光头(2)轴向与焊接方向的夹角为80°～85°，电弧焊枪(3)的喷嘴(31)处轴向与焊接方向的夹角为110°～115°；所述工艺参数中打底层的激光功率5500～10000W，电弧电流220～240A，焊接速度1.0～1.6m/min，激光斑点与电弧焊枪(3)中焊丝的距离为2～4mm，激光离焦量-2～3mm；所述工艺参数中填充层的激光功率1000～1500W，电弧电流250～270A，焊接速度0.6～0.8m/min，激光斑点与电弧焊枪(3)中焊丝尖端的距离为2～4mm，激光离焦量-2～0mm；电弧焊枪(3)内焊丝直径为1.5～1.7mm，焊丝干伸长18～22mm，电弧焊枪(3)保护气流量20～25L/min。
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