CN114769878B - 双侧往复移动声场辅助激光焊接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双侧往复移动声场辅助激光焊接装置及方法，其中双侧往复移动声场辅助激光焊接装置包括激光焊接机构、往复机构和两组超声机构，所述激光焊接机构包括激光器和激光电源，所述激光器与激光电源连接，两组超声机构通过往复机构安装于激光器的两侧，且两组超声机构相对于激光器的轴线对称设置；当进行焊接时时，所述往复机构驱动两组超声机构同步同速相向或背离运动。本发明借助两组往复移动的超声机构在焊缝周围形成动态声场，同时达到促进气孔溢出、细化组织、消除残余应力的目的，提高焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术，具体涉及一种双侧往复移动声场辅助激光焊接装置及方法。
背景技术
激光焊接技术具有光束能量密度高、焊接过程所用线能量小、焊接速度快、自动化程度高等优点，因此在航空航天、轨道交通、微电子、生物医学等领域有广泛应用。但是同传统熔化焊接方法一样，激光焊接过程伴随着被焊工件的熔化与凝固，因此不可避免存在组织粗大和严重的气孔问题。中国专利CN103862178A公开了一种消除铝合金激光焊接气孔的方法，采用两束激光和TIG电弧共同作用在被焊区域，使得金属蒸汽有更宽的通道逸出，从而消除激光焊接气孔缺陷。但是该专利采用三个热源同时对被焊工件进行加热，容易引起焊缝组织粗化，降低接头力学性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种双侧往复移动声场辅助激光焊接装置。此双侧往复移动声场辅助激光焊接装置可消除气孔缺陷，同时增加形核质点，促进组织细化。
本发明的另一目的是提供了一种双侧往复移动声场辅助激光焊接方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，包括激光焊接机构、往复机构和两组超声机构，所述激光焊接机构包括激光器和激光电源，所述激光器与激光电源连接，两组超声机构通过往复机构安装于激光器的两侧，且两组超声机构相对于激光器的轴线对称设置；当进行焊接时，所述往复机构驱动两组超声机构同步同速相向或背离运动；
所述往复机构包括驱动电机、传动齿轮、旋转臂、直线导轨、两张往复台和安装平台，所述安装平台设有与往复台匹配的滑槽，所述往复台通过滑槽与安装平台滑动连接，且往复台分别位于激光器的两侧，所述传动齿轮安装于安装平台的中部，两张往复台的内侧均设有与传动齿轮啮合的传动齿，且其中一组往复台与直线导轨固定连接；所述直线导轨内设有驱动槽，所述旋转臂的一端通过驱动轴与驱动槽连接，所述旋转臂的另一端与驱动电机的输出轴连接。
优选的，所述旋转臂的宽度自一端至另一端逐渐增大。
优选的，所述超声机构包括超声发生器、支架、基板、支撑柱和超声电源，所述超声发生器通过箍紧环安装于支架的上端，所述支架的下端固定于基板，所述基板通过支撑柱安装于往复台，所述超声发生器与超声电源连接。
双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，采用上述的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，包括以下步骤：
S1、将被焊工件固定在工作台，并设置好移动速度；再将激光器移动至被焊工件的起焊位置上方；两组超声机构分别位于往复机构的两端，且相对于激光器的轴线对称，再设置好超声发生器的参数；
S2、启动超声电源、激光电源和驱动电机，使被焊工件以一定速度沿焊接方向移动，同时两组超声机构中的超声发生器同步同速地相向或背离运动，从而实现双侧往复移动声场辅助激光焊接。
优选的，步骤S1中，被焊工件的移动速度为5-100mm/s。
优选的，步骤S2中，超声发生器的移动速度大小为0.5-10mm/s
优选的，步骤S2中，超声发生器的振动频率为20-40KHz，空载振幅为10-40μm。
优选的，所述激光器的焊接功率为500-6000W，离焦量为-6~6mm。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
本发明通过采用双侧移动超声，使两组超声机构和激光束在焊接过程中的相对位置不停变化，在焊缝周围形成动态声场，增强声空化和声流效应，从而促进熔池液态金属流动，如此可驱动气泡快速溢出，避免气孔缺陷的形成；同时两组超声机构分别交替位于焊点前方和后方，既达到破碎枝晶从而细化焊缝组织的目的，又可降低凝固焊缝的残余应力，从而获得优质高强的接头。
附图说明
图1是本发明的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置的结构示意图。
图2是本发明的往复机构的俯视图。
图3是本发明的往复机构的主视图。
其中，1为激光焊接机构，2为往复机构，3为超声机构，4为激光器，5为激光电源，6为驱动电机，7为传动齿轮，8为旋转臂，9为直线导轨，10为往复台，11为安装平台，12为滑槽，13为驱动槽，14为驱动轴，15为传动齿，16为超声发生器，17为支架，18为基板，19为支撑柱，20为超声电源，21为箍紧环，22为被焊工件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，包括激光焊接机构、往复机构和两组超声机构，所述激光焊接机构包括激光器和激光电源，所述激光器与激光电源连接，两组超声机构通过往复机构安装于激光器的两侧，且两组超声机构相对于激光器的轴线对称设置；当进行焊接时，所述往复机构驱动两组超声机构同步同速相向或背离运动；所述往复机构包括驱动电机、传动齿轮、旋转臂、直线导轨、两张往复台和安装平台，所述安装平台设有与往复台匹配的滑槽，所述往复台通过滑槽与安装平台滑动连接，且往复台分别位于激光器的两侧，所述传动齿轮安装于安装平台的中部，两张往复台的内侧均设有与传动齿轮啮合的传动齿，且其中一组往复台与直线导轨固定连接；所述直线导轨内设有驱动槽，所述旋转臂的一端通过驱动轴与驱动槽连接，所述旋转臂的另一端与驱动电机的输出轴连接。
具体的，两组超声机构分别为左超声机构和右超声机构，左超声机构和右超声机构通过往复机构的两张往复台设置在激光器的两侧。往复机构的安装平台设置在承载被焊工件的工作台下方，为不影响被焊工件的运动，驱动电机位于远离工作台的一端，即往复台和安装平台均具有适当的长度。为确保两张往复台带动左超声机构和右超声机构进行同步同速的相向或背离运动，两张往复台之间通过传动齿轮连接，即两张往复台的内侧通过传动齿分别与传动齿轮的两端啮合。则当驱动电机通过直线导轨和旋转臂带动其中一张往复台移动时，另一张往复台进行反向移动，故左超声机构和右超声机构可实现相向或背离的往复运动。在激光焊接的过程中，焊缝两侧的左超声机构和右超声机构做往复运动，使得焊接过程中，始终有一超声位于焊缝前方、另一超声位于焊缝后方，因此左超声机构和右超声机构可形成规律变化的动态声场，以使焊缝的熔池始终处于强烈的动态声场作用中，在声空化和声流效应作用下，加速熔池内部金属流动，向上驱动气泡溢出；借助强烈的金属流动打碎一次枝晶，增加形核质点，促进气孔溢出、细化组织，还具有消除残余应力的作用，从而提高焊接质量。
所述旋转臂的宽度自一端至另一端逐渐增大。此设计可确保驱动电机带动往复台移动时的稳定性。
所述超声机构包括超声发生器、支架、基板、支撑柱和超声电源，所述超声发生器通过箍紧环安装于支架的上端，所述支架的下端固定于基板，所述基板通过支撑柱安装于往复台，所述超声发生器与超声电源连接。此超声机构的结构简单方便安装固定。其中左、右超声机构只是安装位置不同，具体结构一样。
双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，采用上述的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，包括以下步骤：
S1、将被焊工件固定在工作台，并设置好移动速度；再将激光器移动至被焊工件的起焊位置上方；两组超声机构分别位于往复机构的两端，且相对于激光器的轴线对称，再设置好超声发生器的参数；
S2、启动超声电源、激光电源和驱动电机，使被焊工件以一定速度沿焊接方向移动，同时两组超声机构中的超声发生器同步同速地相向或背离运动，从而实现双侧往复移动声场辅助激光焊接。
步骤S1中，被焊工件的移动速度为5-100mm/s。
步骤S2中，超声发生器的移动速度大小为0.5-10mm/s
步骤S2中，超声发生器的振动频率为20-40KHz，空载振幅为10-40μm。
所述激光器的焊接功率为500-6000W，离焦量为-6~6mm。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，其特征在于：包括激光焊接机构、往复机构和两组超声机构，所述激光焊接机构包括激光器和激光电源，所述激光器与激光电源连接，两组超声机构通过往复机构安装于激光器的两侧，且两组超声机构相对于激光器的轴线对称设置；当进行焊接时，所述往复机构驱动两组超声机构同步同速相向或背离运动；
所述往复机构包括驱动电机、传动齿轮、旋转臂、直线导轨、两张往复台和安装平台，所述安装平台设有与往复台匹配的滑槽，所述往复台通过滑槽与安装平台滑动连接，且往复台分别位于激光器的两侧，所述传动齿轮安装于安装平台的中部，两张往复台的内侧均设有与传动齿轮啮合的传动齿，且其中一组往复台与直线导轨固定连接；所述直线导轨内设有驱动槽，所述旋转臂的一端通过驱动轴与驱动槽连接，所述旋转臂的另一端与驱动电机的输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，其特征在于：所述旋转臂的宽度自一端至另一端逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，其特征在于：所述超声机构包括超声发生器、支架、基板、支撑柱和超声电源，所述超声发生器通过箍紧环安装于支架的上端，所述支架的下端固定于基板，所述基板通过支撑柱安装于往复台，所述超声发生器与超声电源连接。
4.双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，其特征在于：采用权利要求1~3任意一项所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接装置，包括以下步骤：
S1、将被焊工件固定在工作台，并设置好移动速度；再将激光器移动至被焊工件的起焊位置上方；两组超声机构分别位于往复机构的两端，且相对于激光器的轴线对称，再设置好超声发生器的参数；
S2、启动超声电源、激光电源和驱动电机，使被焊工件以一定速度沿焊接方向移动，同时两组超声机构中的超声发生器同步同速地相向或背离运动，从而实现双侧往复移动声场辅助激光焊接。
5.根据权利要求4所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，其特征在于：步骤S1中，被焊工件的移动速度为5-100mm/s。
6.根据权利要求4所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，其特征在于：步骤S2中，超声发生器的移动速度大小为0.5-10mm/s。
7.根据权利要求4所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，其特征在于：步骤S2中，超声发生器的振动频率 为20-40KHz，空载振幅为10-40μm。
8.根据权利要求4所述的双侧往复移动声场辅助激光焊接方法，其特征在于：所述激光器的焊接功率为500-600W，离焦量为-6~6mm。
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