CN115255636A - 一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺 - Google Patents

一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括以下步骤:步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，同时通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；步骤六、对铝壳进行氮气循环清洗；解决了现有技术中，在激光焊接过程中，由于对铝合金进行焊接造成温度骤然上升，容易造成铝合金表面产生裂纹，并且缺少对铝合金表面氧化层的预处理，导致焊接时接缝不平整等问题。

Description

一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体为一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺。
背景技术
中国专利公开了中空薄壳铝合金活塞体密封的激光焊接方法(公开号：CN101015881A)，该专利将一铝合金活塞盖压配到一端开口的中空园筒形铝合金壳体上，置于真空室中加热烘烤，抽真空排出壳体内的大气，随即取出在大气中，对负压状况下的盖和壳体结合部实施激光束焊接，达到封闭空心活塞。本发明方法具有真空封焊的焊接性能，又具有大气下深熔焊、方便快捷的特点，降低了焊接废品率，提高了生产效率。
上述专利中，在激光焊接过程中，由于对铝合金进行焊接造成温度骤然上升，容易造成铝合金表面产生裂纹，并且缺少对铝合金表面氧化层的预处理，导致焊接时接缝不平整。
为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺。
本发明所要解决的技术问题如下：
现有技术中，在激光焊接过程中，由于对铝合金进行焊接造成温度骤然上升，容易造成铝合金表面产生裂纹，并且缺少对铝合金表面氧化层的预处理，导致焊接时接缝不平整。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括以下步骤:
步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；
步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；
步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，同时通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；
步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；
步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；
步骤六、焊接完成后，对铝壳进行氮气循环清洗。
进一步的，步骤一中预处理为采用砂纸打磨去除铝壳对接焊缝两侧20-30mm内的氧化皮层，直至焊缝处周边露出金属光泽后依次采用丙酮和无水乙醇对铝壳进行清洗，再采用无尘纸擦拭表面油污，最后用氮气吹干。
进一步的，步骤二中烘烤温度为120-150℃，真空度为8-15Pa，烘烤时间为1-2h。
进一步的，步骤四中的预热温度为180-210℃。
进一步的，步骤五中的激光焊接器为Nd:YAG固体脉冲激光器。
进一步的，步骤五中保护气体的气流量为20-30L/min，离焦量为-5--3mm，激光功率为6-7KW，焊接速度为2.4m/min。
进一步的，步骤六中氮气的气流量为50-60L/min。
所述辅助装置包括升降机构，升降机构内设有伸缩机构，伸缩机构的顶部设有装夹机构，所述升降机构可对铝壳进行升降，伸缩机构可在水平方向上对铝壳进行任意移动，装夹机构可对铝壳进行夹紧，保证点焊的稳定性。
所述升降机构包括两个对称分布的升降座，两个升降座相互靠近的一侧均开设有升降槽，其中一个升降槽内转动连接有丝杆，另一个升降槽内固定有滑杆，两个升降槽上均滑动连接有升降板，其中一个升降板通过连接座与丝杆螺纹连接，另一个升降板通过连接座与滑杆滑动连接，两个升降板相互靠近的一侧均固定有旋转气缸，设置有丝杆的升降座的顶部固定有升降电机，升降电机的输出端穿过升降座且与丝杆相固定。
伸缩机构包括第一伸缩座，第一伸缩座的两侧分别与两个旋转气缸的输出端相固定，第一伸缩座的顶部滑动连接有第二伸缩座，第二伸缩座上滑动连接有第三伸缩座，第一伸缩座的底部固定有传动箱，传动箱的内表面转动连接有第一传动齿轮，第一传动齿轮的两侧均啮合设置有对称分布的第一伸缩齿轮，传动箱的外部固定有伸缩电机，伸缩电机的输出端穿过传动箱且与第一传动齿轮相固定。
第一伸缩座的内表面顶部固定有第一齿条，第二伸缩座的内表面底部固定有第二齿条，第三伸缩座的内表面底部固定有第三齿条，第二伸缩座的内表面侧壁转动连接有若干第二伸缩齿轮，相邻的两个第二伸缩齿轮之间啮合设置有第二传动齿轮，其中，第一齿条和第三齿条分别与若干第二伸缩齿轮的底端和顶端啮合传动，第二齿条与若干第一伸缩齿轮的顶端啮合传动，其中第一传动齿轮和第二传动齿轮的直径分别小于第一伸缩齿轮和第二伸缩齿轮，保证传动齿轮不与齿条相啮合。
装夹机构包括与第三伸缩座相固定的装夹底座，装夹底座的顶部两侧均固定有装夹侧板，两个装夹侧板相互远离的一侧底端均固定有若干均匀分布的第一夹紧气缸，第一夹紧气缸的输出端穿过装夹侧板且固定有第一夹紧板，通过第一夹紧板对铝壳底部进行夹紧固定，两个装夹侧板的外侧均固定有支撑架，支撑架的外侧固定有第二夹紧气缸，第二夹紧气缸的输出端穿过支撑架和装夹侧板且固定有第二夹紧板，两个第二夹紧板相互靠近的一侧均固定有若干夹紧柱，若干夹紧柱的一端贯穿且滑动连接有定位柱，定位柱的一端与夹紧柱的内部端壁之间固定有定位弹簧。
本发明的有益效果：
本发明在对铝壳进行激光焊接的过程中，通过预热铝壳，可以有效减少温度梯度，从而抑制裂纹的产生，通过严格控制保护气体的气流量，能够提高焊接稳定性，通过对铝壳表面进行预处理，不仅能使接缝平整光洁，而且在接缝表面形成厚度适中的保护膜，阻碍焊接时氧气对接缝表面的破坏，进而确保焊接稳定性和焊接质量。
本发明通过设置辅助装置，使得焊点快速移动至焊接位置，提高焊接效率，节约生产时间；通过设置升降机构，使得升降电机带动丝杆转动，从而配合滑杆和连接座带动两个升降板在升降槽上滑动，便于带动铝壳进行竖直方向上的升降，调整焊接高度，满足焊接需求，通过设置伸缩机构，使得伸缩电机带动第一传动齿轮转动，从而带动相邻的两个第一伸缩齿轮转动，进而带动第二伸缩座在第一伸缩座上移动，同时第二伸缩座与第一伸缩座的相对运动，带动第二伸缩齿轮转动，进而带动第三伸缩座在第二伸缩座上移动，从而带动铝壳在水平方向上自由移动，设置第二伸缩座和第三伸缩座，增大了伸缩范围，提高了铝壳的移动范围，保证了点焊的效率，同时便于收纳，节省空间。
通过设置装夹机构，将铝壳放在装夹底座上，通过第一夹紧气缸推动第一夹紧板对铝壳的底部进行夹紧，同时，通过第二夹紧气缸对第二夹紧板进行推动，使得若干夹紧柱上的定位柱在定位弹簧的作用下进行定位，保证了铝壳装夹的稳定性，设置若干定位柱，使得辅助装置适应于不同形状的铝壳，并且可以对不规则铝壳进行装夹，提高装夹的范围可实用性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明辅助装置的结构示意图；
图3是本发明升降机构的结构示意图；
图4是本发明伸缩机构的结构示意图；
图5是本发明伸缩机构的内部结构示意图；
图6是本发明装夹机构的结构示意图；
图7是本发明夹紧柱的结构示意图。
图中：1、升降机构；2、伸缩机构；3、装夹机构；101、升降座；102、丝杆；103、升降板；104、旋转气缸；105、升降电机；201、第一伸缩座；202、第二伸缩座；203、第三伸缩座；204、传动箱；205、第一传动齿轮；206、第一伸缩齿轮；207、伸缩电机；208、第一齿条；209、第二齿条；210、第三齿条；211、第二伸缩齿轮；212、第二传动齿轮；301、装夹底座；302、装夹侧板；303、第一夹紧气缸；304、第一夹紧板；305、支撑架；306、第二夹紧气缸；307、第二夹紧板；308、夹紧柱；309、定位柱；310、定位弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供一种技术方案：
实施例1
一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括以下步骤:
步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；
步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；
步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，同时通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；
步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；
步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；
步骤六、焊接完成后，对铝壳进行氮气循环清洗。
步骤一中预处理为采用砂纸打磨去除铝壳对接焊缝两侧20mm内的氧化皮层，直至焊缝处周边露出金属光泽后依次采用丙酮和无水乙醇对铝壳进行清洗，再采用无尘纸擦拭表面油污，最后用氮气吹干。
步骤二中烘烤温度为120℃，真空度为8Pa，烘烤时间为1h。
步骤四中的预热温度为180℃。
步骤五中的激光焊接器为Nd:YAG固体脉冲激光器。
步骤五中保护气体的气流量为20L/min，离焦量为-5mm，激光功率为6KW，焊接速度为2.4m/min。
步骤六中氮气的气流量为50L/min。
实施例2
一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括以下步骤:
步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；
步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；
步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，同时通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；
步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；
步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；
步骤六、焊接完成后，对铝壳进行氮气循环清洗。
步骤一中预处理为采用砂纸打磨去除铝壳对接焊缝两侧25mm内的氧化皮层，直至焊缝处周边露出金属光泽后依次采用丙酮和无水乙醇对铝壳进行清洗，再采用无尘纸擦拭表面油污，最后用氮气吹干。
步骤二中烘烤温度为135℃，真空度为12Pa，烘烤时间为1.5h。
步骤四中的预热温度为195℃。
步骤五中的激光焊接器为Nd:YAG固体脉冲激光器。
步骤五中保护气体的气流量为25L/min，离焦量为-4mm，激光功率为6.5KW，焊接速度为2.4m/min。
步骤六中氮气的气流量为55L/min。
实施例3
一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括以下步骤:
步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；
步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；
步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，同时通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；
步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；
步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；
步骤六、焊接完成后，对铝壳进行氮气循环清洗。
步骤一中预处理为采用砂纸打磨去除铝壳对接焊缝两侧30mm内的氧化皮层，直至焊缝处周边露出金属光泽后依次采用丙酮和无水乙醇对铝壳进行清洗，再采用无尘纸擦拭表面油污，最后用氮气吹干。
步骤二中烘烤温度为150℃，真空度为15Pa，烘烤时间为2h。
步骤四中的预热温度为210℃。
步骤五中的激光焊接器为Nd:YAG固体脉冲激光器。
步骤五中保护气体的气流量为30L/min，离焦量为-3mm，激光功率为7KW，焊接速度为2.4m/min。
步骤六中氮气的气流量为60L/min。
上述实施例中，所述辅助装置包括升降机构1，升降机构1内设有伸缩机构2，伸缩机构2的顶部设有装夹机构3，所述升降机构1可对铝壳进行升降，伸缩机构2可在水平方向上对铝壳进行任意移动，装夹机构3可对铝壳进行夹紧，保证点焊的稳定性。
所述升降机构1包括两个对称分布的升降座101，两个升降座101相互靠近的一侧均开设有升降槽，其中一个升降槽内转动连接有丝杆102，另一个升降槽内固定有滑杆，两个升降槽上均滑动连接有升降板103，其中一个升降板103通过连接座与丝杆102螺纹连接，另一个升降板103通过连接座与滑杆滑动连接，两个升降板103相互靠近的一侧均固定有旋转气缸104，设置有丝杆102的升降座101的顶部固定有升降电机105，升降电机105的输出端穿过升降座101且与丝杆102相固定。通过设置升降机构1，使得升降电机105带动丝杆102转动，从而配合滑杆和连接座带动两个升降板103在升降槽上滑动，便于带动铝壳进行竖直方向上的升降，调整焊接高度，满足焊接需求。
伸缩机构2包括第一伸缩座201，第一伸缩座201的两侧分别与两个旋转气缸104的输出端相固定，第一伸缩座201的顶部滑动连接有第二伸缩座202，第二伸缩座202上滑动连接有第三伸缩座203，第一伸缩座201的底部固定有传动箱204，传动箱204的内表面转动连接有第一传动齿轮205，第一传动齿轮205的两侧均啮合设置有对称分布的第一伸缩齿轮206，传动箱204的外部固定有伸缩电机207，伸缩电机207的输出端穿过传动箱204且与第一传动齿轮205相固定。
第一伸缩座201的内表面顶部固定有第一齿条208，第二伸缩座202的内表面底部固定有第二齿条209，第三伸缩座203的内表面底部固定有第三齿条210，第二伸缩座202的内表面侧壁转动连接有若干第二伸缩齿轮211，相邻的两个第二伸缩齿轮211之间啮合设置有第二传动齿轮212，其中，第一齿条208和第三齿条210分别与若干第二伸缩齿轮211的底端和顶端啮合传动，第二齿条209与若干第一伸缩齿轮206的顶端啮合传动，其中第一传动齿轮205和第二传动齿轮212的直径分别小于第一伸缩齿轮206和第二伸缩齿轮211，保证传动齿轮不与齿条相啮合。通过设置伸缩机构2，使得伸缩电机207带动第一传动齿轮205转动，从而带动相邻的两个第一伸缩齿轮206转动，进而带动第二伸缩座202在第一伸缩座201上移动，同时第二伸缩座202与第一伸缩座201的相对运动，带动第二伸缩齿轮211转动，进而带动第三伸缩座203在第二伸缩座202上移动，从而带动铝壳在水平方向上自由移动，设置第二伸缩座202和第三伸缩座203，增大了伸缩范围，提高了铝壳的移动范围，保证了点焊的效率，同时便于收纳，节省空间。
装夹机构3包括与第三伸缩座203相固定的装夹底座301，装夹底座301的顶部两侧均固定有装夹侧板302，两个装夹侧板302相互远离的一侧底端均固定有若干均匀分布的第一夹紧气缸303，第一夹紧气缸303的输出端穿过装夹侧板302且固定有第一夹紧板304，通过第一夹紧板304对铝壳底部进行夹紧固定，两个装夹侧板302的外侧均固定有支撑架305，支撑架305的外侧固定有第二夹紧气缸306，第二夹紧气缸306的输出端穿过支撑架305和装夹侧板302且固定有第二夹紧板307，两个第二夹紧板307相互靠近的一侧均固定有若干夹紧柱308，若干夹紧柱308的一端贯穿且滑动连接有定位柱309，定位柱309的一端与夹紧柱308的内部端壁之间固定有定位弹簧310。通过设置装夹机构3，将铝壳放在装夹底座301上，通过第一夹紧气缸303推动第一夹紧板304对铝壳的底部进行夹紧，同时，通过第二夹紧气缸306对第二夹紧板307进行推动，使得若干夹紧柱308上的定位柱309在定位弹簧310的作用下进行定位，保证了铝壳装夹的稳定性，设置若干定位柱309，使得辅助装置适应于不同形状的铝壳，并且可以对不规则铝壳进行装夹，提高装夹的范围可实用性。
辅助装置的工作原理：
本发明在使用时，将铝壳放在装夹底座301上，通过第一夹紧气缸303推动第一夹紧板304对铝壳的底部进行夹紧，同时，通过第二夹紧气缸306对第二夹紧板307进行推动，使得若干夹紧柱308上的定位柱309在定位弹簧310的作用下进行定位；通过升降电机105带动丝杆102转动，从而配合滑杆和连接座带动两个升降板103在升降槽上滑动，便于带动铝壳进行竖直方向上的升降，调整焊接高度，通过伸缩电机207带动第一传动齿轮205转动，从而带动相邻的两个第一伸缩齿轮206转动，进而带动第二伸缩座202在第一伸缩座201上移动，同时第二伸缩座202与第一伸缩座201的相对运动，带动第二伸缩齿轮211转动，进而带动第三伸缩座203在第二伸缩座202上移动，从而带动铝壳在水平方向上自由移动。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一、铝壳预处理、对铝壳进行打磨并清洗吹干；
步骤二、真空烘烤、在真空条件下对铝壳进行烘烤；
步骤三、装夹对位、将铝壳装夹在辅助装置中，并通过辅助装置调节铝壳位置使焊接部位吻合在焊接位置上,完成对位；
步骤四、预热、通过加热器对焊接接缝进行预热；
步骤五、激光点焊、预热后以氩气为保护气体，通过激光焊接器对铝壳接缝处进行激光点焊；
步骤六、焊接完成后，对铝壳进行氮气循环清洗。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，所述辅助装置包括升降机构(1)，升降机构(1)内设有伸缩机构(2)，伸缩机构(2)的顶部设有装夹机构(3)，所述升降机构(1)可对铝壳进行升降，伸缩机构(2)可在水平方向上对铝壳进行任意移动，装夹机构(3)可对铝壳进行夹紧。
3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，所述装夹机构(3)包括装夹底座(301)和两个装夹侧板(302)，两个装夹侧板(302)之间设有若干对称分布的第一夹紧板(304)，将铝壳放在装夹底座(301)上，通过第一夹紧板(304)对铝壳的底部进行夹紧。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，两个所述装夹侧板(302)之间设有若干对称分布的夹紧柱(308)，若干夹紧柱(308)的一端贯穿且滑动连接有定位柱(309)，定位柱(309)的一端与夹紧柱(308)的内部端壁之间固定有定位弹簧(310)；若干夹紧柱(308)上的定位柱(309)在定位弹簧(310)的作用下对铝壳进行定位。
5.根据权利要求2所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，所述升降机构(1)包括两个升降座(101)，两个升降座(101)之间滑动连接有升降板(103)，其中一个升降座(101)的顶部固定有升降电机(105)，通过升降电机(105)驱动升降板(103)升降，调整铝壳焊接高度。
6.根据权利要求2所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于，所述伸缩机构(2)包括第一伸缩座(201)，第一伸缩座(201)的顶部滑动连接有第二伸缩座(202)，第二伸缩座(202)上滑动连接有第三伸缩座(203)，第二伸缩座(202)在第一伸缩座(201)上伸缩，第三伸缩座(203)在第二伸缩座(202)上伸缩，带动铝壳在水平方向上自由移动。
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