CN116900523A - 一种p型镀锌高强钢管激光补焊夹具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，包括本发明公开一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具与方法，辊压生产线上生产的P型钢管工件，由于焊接生产工艺条件等问题，会产生不良品，表现为焊缝熔深熔宽不足甚至开裂问题，针对此问题提出一种激光补焊夹具与焊接方法，该P型钢管的焊接装置通过设有的夹持装置，使得该P型钢管工件可以在限位结构作用下被紧密的加紧在焊接夹具上，从而方便焊接机器人对P性能钢管工件进行激光焊接，提高了焊接时的稳定性及焊接工作效率，解决P型高强钢不进行固定难以进行焊接的问题，通过冷却气体对焊接工作面吹扫，减小了焊接后冷却时间，提高了生产效率，增加P型钢管产品良品率。
Description
技术领域
本发明涉及激光补焊技术领域，具体来说，涉及一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具。
背景技术
一直以来，镀锌板由于其优良的耐腐蚀性能，良好的力学性能以及低廉的价格广泛地应用于汽车制造、包装、桥梁建筑及工业设施等众多领域，镀锌板是在钢基体表面形成致密的保护层，不仅可以对空气中的水分和氧气具有屏蔽作用，同时也起到电化学保护作用，自然条件下镀锌层与钢基体能够形成微电池，锌作为阳极被腐蚀，铁作为阴极被保护，极大的提高了镀锌板的耐腐蚀性能。
随着国家对节能环保的重视，新能源汽车的发展也越来越迅速。采用磷酸铁锂技术的刀片电池被厂家应用于新能源汽车中，为了使刀片电池在工作中得到有效保护，电池托盘必不可少，本发明提出的一种P型钢管，将钢带辊压成型为封闭管型结构，并通过激光焊接管型结构搭接出完成钢管成型，通过将相应框梁进行组装得到电池托盘框架，但是生产过程中由于设备及工艺的问题，会产生一定的焊接缺陷，缺陷产品可以通过后道工序焊接修复，提高P型钢管的产品合格率，补焊的方法及焊接装置是需要解决的问题。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了P型镀锌高强钢管激光补焊夹具及方法，具备在激光焊接过程中有效地降低焊接热量对焊接工件的影响的功能，进而解决现有技术中存在的问题。
（二）技术方案
为实现上述在激光焊接过程中有效地降低焊接热量对焊接工件的影响的功能，本发明采用的具体技术方案如下：
一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，激光焊接夹具包括安装结构、限位槽、限位结构、气动回转结构、吹气结构，所述安装结构包括底板、机架、支腿，所述底板的底端固定连接有机架，所述底板的四角固定连接有支腿，所述底板上开设有限位槽，所述限位槽连接有限位结构，所述底板的顶端连接有气动回转结构，所述气动回转结构的一侧放置有P型钢管工件，所述P型钢管工件的两端口对接有吹气结构，气动回转结构，起到固定P型钢管工件的作用，并将P型钢管工件压至反变形，所述气动回转结构、吹气结构在底板上面做3套相同的组合结构，增加焊接数量，提高焊接效率。
进一步的，所述限位结构包括限位块、滑动块、穿接杆、调节块、套杆、弹簧、螺纹杆、螺纹套、转动头，所述限位块的底端固定连接有滑动块，所述滑动块滑动连接在所述限位槽内，所述滑动块内固定连接有穿接杆，所述穿接杆的端部固定连接有调节块。
进一步的，所述调节块的一侧固定连接有套杆的一端，所述套杆外套接有弹簧，所述套杆的一侧设有螺纹杆，所述螺纹杆螺纹连接螺纹套，所述螺纹套的一端口固定连接所述底板的一侧，所述螺纹杆的另一端口则固定连接转动头，限位结构通过螺纹调节可以对限位块进行位置调节，使其对P型钢管工件进行侧面夹持固处理，限位结构共设有四组，其中两组在P型钢管工件的一侧，另外两组在P型钢管工件的另一侧。
进一步的，所述气动回转结构包括电机、转轴、连杆、伸缩杆，所述电机的驱动端连接有转轴，焊接面一侧由三个气动回转结构组成，不焊接一侧端部由两个气动回转结构组成，气动回转结构操作方便，成本低廉。
进一步的，所述转轴上固定连接连杆，所述连杆的一端侧底端连接有伸缩杆，所述气动回转结构的所述伸缩杆驱动端压块设有橡胶垫片。
进一步的，所述吹气结构包括推动块、气管接口、气口、气缸，所述推动块的一侧对接有气管接口，所述推动块的另一侧连通有气口，所述气管接口的两侧连接有气缸的驱动杆，所述气缸固定安装在所述底板上，气口对准P型钢管工件的端口，深入到焊接工件管内，方便对焊接焊缝进行吹气冷却。
一种激光焊接方法，其特征在于:
S1:设置激光器功率、机器人运行速度、保护气体流量等工艺参数，振镜焊接头摆动宽幅和频率，将高强钢管放置于夹具上，靠紧吹气结构和侧面限位块，一键启动气动回转结构，夹紧工件，将工件固定于气动回转结构以及限位结构的定位位置，并将工件夹紧；
S2:打开机器人进行焊缝示教，分别用CCD和激光器红光对准焊缝，同时调节所述激光束的离焦量，夹紧后启动焊接机器人信号，焊接机器人开始激光焊接；
S3:对工件的某一条焊缝进行激光焊接，再不断间隔焊接下一条焊缝，直至工装上的所有焊缝焊接完成，激光焊接完成后，焊接夹具上吹气结构启动，增加工件冷却速度；
S4:在工件焊接过程中，通过风冷组件对工件进行散热，减小激光焊接造成工件的热变形，工件冷却后，气动回转结构松开，工件下料。
进一步的，所述激光焊接头配有同轴视觉CCD，并配有线性红光，方便对焊接焦点进行矫正，激光焊接之前先对焊缝进行示教，对准焊缝中心线预走一遍，并使所述的示教点与所述焊缝的中心线行走误差不超过0.5mm，所述的激光器输出功率范围为0~6KW，所述激光焊接头采用带同轴视觉CCD的振镜头，所述的激光焊接速度1m/min~5m/min。
优选地，所述激光器的激光束离焦量范围为-3~2mm。
优选地，所述振镜焊接头的加工距离为500mm，远距离加工时，焊接飞溅对焊接头的损伤减弱。
优选地，所述振镜焊接头下方焊接中心上方45°角度设置保护气体喷管，给焊接表面加惰性气体保护，气体流量15L/min~25L/min，防止焊接表面氧化，并吹出焊接等离子云及焊接飞溅。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，具备以下有益效果：
本发明通过所设有的安装结构以及限位结构和气动回转结构可以对焊接不合格件进行补焊，在激光焊接过程中有效地降低焊接热量对焊接工件的影响，提高激光焊接质量，使不合格件归为合格件，为企业取得良好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的P型镀锌高强钢管激光补焊夹具的主体结构示意图；
图2是根据本发明实施例的P型镀锌高强钢管激光补焊夹具的主体结构侧视图；
图3是根据本发明实施例的P型镀锌高强钢管激光补焊夹具的限位结构示意图；
图4是根据本发明实施例的P型镀锌高强钢管激光补焊夹具的气动回转结构示意图；
图5是根据本发明实施例的P型镀锌高强钢管激光补焊夹具的吹气结构示意图。
图中：
1、安装结构；101、底板；102、机架；103、支腿；2、限位槽；3、限位结构；301、限位块；302、滑动块；303、穿接杆；304、调节块；305、套杆；306、弹簧；307、螺纹杆；308、螺纹套；309、转动头；4、气动回转结构；401、电机；402、转轴；403、连杆；404、伸缩杆；5、吹气结构；501、推动块；502、气管接口；503、气口；504、气缸；6、P型钢管工件。
具体实施方式
为进一步说明，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-图5所示，激光焊接夹具包括安装结构1、限位槽2、限位结构3、气动回转结构4、吹气结构5，安装结构1包括底板101、机架102、支腿103，底板101的底端固定连接有机架102，底板101的四角固定连接有支腿103，底板101上开设有限位槽2，限位槽2连接有限位结构3，底板101的顶端连接有气动回转结构4，气动回转结构4的一侧放置有P型钢管工件6，P型钢管工件6的两端口对接有吹气结构5，激光补焊夹具适配于特定的工件，即P型钢管工件6，钢管长度1.2m-1.5m。
整个焊接夹具放置于地面上，底板101上面开设有限位槽2，滑动连接限位块301，根据钢管的长度以及宽度，调整限位结构3以及吹气结构5的相对位置，使其处于工件的中间位置。
限位结构3包括限位块301、滑动块302、穿接杆303、调节块304、套杆305、弹簧306、螺纹杆307、螺纹套308、转动头309，限位块301的底端固定连接有滑动块302，滑动块302滑动连接在限位槽2内，滑动块302内固定连接有穿接杆303，穿接杆303的端部固定连接有调节块304，调节块304的一侧固定连接有套杆305的一端，套杆305外套接有弹簧306，套杆305的一侧设有螺纹杆307，螺纹杆307螺纹连接螺纹套308，螺纹套308的一端口固定连接底板101的一侧，螺纹杆307的另一端口则固定连接转动头309，限位结构3通过调节转动头309对螺纹杆307进行转动，由于螺纹套308一端固定安装在底板101一侧，进而螺纹套308与螺纹杆307发生相对位置调节，进而通过带动调节块304以及穿接杆303的位置进行滑动块302以及限位块301的位置调节，使其限位块301可以由侧面对工件进行夹持固定。
气动回转结构4包括电机401、转轴402、连杆403、伸缩杆404，电机401的驱动端连接有转轴402，转轴402上固定连接连杆403，连杆403的一端侧底端连接有伸缩杆404，气动回转结构4的伸缩杆404驱动端压块设有橡胶垫片，电机401可以驱动转轴402，转轴402则带动连杆403以及伸缩杆404进行转动调节，当伸缩杆404转动到指定位置，通过电动伸缩功能驱动压块对工件的顶端进行夹持固定。
对P型钢管工件6进行焊接时，首先将工件放置到激光焊接夹具上，以对工件进行定位及夹持，防止工件在焊接过程中发生位置偏移，影响焊接精度，其中限位块301对侧部进行限位，气动回转结构4对顶部进行限位，工件端部通过吹气结构5进行限位，防止工件焊接时热变形过大，影响焊后工件平整度。
吹气结构5包括推动块501、气管接口502、气口503、气缸504，推动块501的一侧对接有气管接口502，推动块501的另一侧连通有气口503，气管接口502的两侧连接有气缸504的驱动杆，气缸504固定安装在底板101上，气缸504的气动调节功能可以带动推动块501进行直线位置调节，使工件在放置后通过气缸504的推动作用使气口503对准工件端口进行对接固定，对其端口部位进行固定，焊接过程中，冷却气体通过气管接口502导入气口503进入工件内进行冷却，使焊缝附近的温度降低，减小工件的热变形，提高工件的焊接后降温效率，在具体实施例中，采用直径8mm直径气管，冷却气体压力0.8MPa，接入气体安装气体调节阀，操作人员可更具实际焊接情况调节压力大小。
在激光焊接中加入摆动，激光束对焊缝的圆环形摆动一方面使部分焊缝发生反复重熔，演唱了焊接熔池液态金属停留的时间，同时，束流的偏转也增加了单位面积的输入热，减小了焊缝的深宽比，有利于气泡的浮出，从而起到消除气孔的作用，焊缝金相形貌由尖V形向宽U形转变，保证熔深的同时增加了熔宽，提高了焊接强度，另一方面束流的摆动导致小孔随之摆动，又可以起到对焊接熔池提供搅拌力的作用，加大了焊接熔池的对流与搅拌，对消除气孔起到有利作用，并且能减小焊接飞溅对钢管表面的影响。
激光焊接方法为：
S1:设置激光器功率、机器人运行速度、保护气体流量等工艺参数，振镜焊接头摆动宽幅和频率，将高强钢管放置于夹具上，靠紧吹气结构5和侧面限位块301，一键启动气动回转结构4，夹紧工件，将工件固定于气动回转结构4以及限位结构3的定位位置，并将工件夹紧；
S2:打开机器人进行焊缝示教，分别用CCD和激光器红光对准焊缝，同时调节激光束的离焦量，夹紧后启动焊接机器人信号，焊接机器人开始激光焊接；
S3:对工件的某一条焊缝进行激光焊接，再不断间隔焊接下一条焊缝，直至工装上的所有焊缝焊接完成，激光焊接完成后，焊接夹具上吹气结构5启动，增加工件冷却速度；
S4:在工件焊接过程中，通过吹气结构5对工件进行散热，减小激光焊接造成工件的热变形，工件冷却后，气动回转结构4松开，工件下料。
激光焊接方法，运动单元采用六轴机器人，其最大加工幅面为2m，最大载荷20kg，满足激光焊接方法使用要求。
激光焊接头配有同轴视觉CCD，并配有线性红光，方便对焊接焦点进行矫正，激光焊接之前先对焊缝进行示教，对准焊缝中心线预走一遍，并使的示教点与焊缝的中心线行走误差不超过0.5mm，的激光器输出功率范围为0~6KW，激光焊接头采用带同轴视觉CCD的振镜头，的激光焊接速度1m/min~5m/min。
振镜摆动方式有圆形摆动、直线型摆动、8字形摆动、无限形摆动，设置振镜摆动参数，摆动幅度0.8mm，摆动频率0.4mm，利用激光器红光、辅助线性红光、同轴视觉CCD对焊缝进行机器人示教，同时保证激光焦点位置，示教焊缝偏差<0.5mm，示教完成后焊缝轨迹模拟走一遍，设置激光器功率3200W，机器人焊接速度2.4m/min，焦点位置0m，参数设置完成后操作机器人进行焊接，出光前预先吹出保护气体和侧向气帘空气，激光焊接完成后，冷却气体对钢管内部进行吹气降温，提高降温效率，减小钢管冷却时间，待钢管完全冷却后，一键开启启动夹具，手动下料，完成钢管的补焊工作，焊接后钢管进行切割、打磨、腐蚀，制作金相，金相显微镜下测量熔深熔宽，熔深>1mm，熔宽>1.3mm，焊接表面飞溅少，热变形小。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，激光补焊夹具适配于特定的工件，即P型钢管工件6，钢管长度1.2m-1.5m，整个焊接夹具放置于地面上，底板101上面开设有限位槽2，滑动连接限位块301，根据钢管的长度以及宽度，调整限位结构3以及吹气结构5的相对位置，使其处于工件的中间位置，限位结构3通过调节转动头309对螺纹杆307进行转动，由于螺纹套308一端固定安装在底板101一侧，进而螺纹套308与螺纹杆307发生相对位置调节，进而通过带动调节块304以及穿接杆303的位置进行滑动块302以及限位块301的位置调节，使其限位块301可以由侧面对工件进行夹持固定，对P型钢管工件6进行焊接时，首先将工件放置到激光焊接夹具上，以对工件进行定位及夹持，防止工件在焊接过程中发生位置偏移，影响焊接精度，其中限位块301对侧部进行限位，气动回转结构4对顶部进行限位，工件端部通过吹气结构5进行限位，防止工件焊接时热变形过大，影响焊后工件平整度，气缸504的气动调节功能可以带动推动块501进行直线位置调节，使工件在放置后通过气缸504的推动作用使气口503对准工件端口进行对接固定，对其端口部位进行固定，焊接过程中，冷却气体通过气管接口502导入气口503进入工件内进行冷却，使焊缝附近的温度降低，减小工件的热变形，提高工件的焊接后降温效率，在具体实施例中，采用直径8mm直径气管，冷却气体压力0.8MPa，接入气体安装气体调节阀，操作人员可更具实际焊接情况调节压力大小，在激光焊接中加入摆动，激光束对焊缝的圆环形摆动一方面使部分焊缝发生反复重熔，演唱了焊接熔池液态金属停留的时间，同时，束流的偏转也增加了单位面积的输入热，减小了焊缝的深宽比，有利于气泡的浮出，从而起到消除气孔的作用，焊缝金相形貌由尖V形向宽U形转变，保证熔深的同时增加了熔宽，提高了焊接强度，另一方面束流的摆动导致小孔随之摆动，又可以起到对焊接熔池提供搅拌力的作用，加大了焊接熔池的对流与搅拌，对消除气孔起到有利作用，并且能减小焊接飞溅对钢管表面的影响。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“设置”“连接”“固定”“旋接”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，激光焊接夹具包括安装结构（1）、限位槽（2）、限位结构（3）、气动回转结构（4）、吹气结构（5），所述安装结构（1）包括底板（101）、机架（102）、支腿（103），所述底板（101）的底端固定连接有机架（102），所述底板（101）的四角固定连接有支腿（103），所述底板（101）上开设有限位槽（2），所述限位槽（2）连接有限位结构（3），所述底板（101）的顶端连接有气动回转结构（4），所述气动回转结构（4）的一侧放置有P型钢管工件（6），所述P型钢管工件（6）的两端口对接有吹气结构（5）。
2.根据权利要求1所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述限位结构（3）包括限位块（301）、滑动块（302）、穿接杆（303）、调节块（304）、套杆（305）、弹簧（306）、螺纹杆（307）、螺纹套（308）、转动头（309），所述限位块（301）的底端固定连接有滑动块（302），所述滑动块（302）滑动连接在所述限位槽（2）内，所述滑动块（302）内固定连接有穿接杆（303），所述穿接杆（303）的端部固定连接有调节块（304）。
3.根据权利要求2所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述调节块（304）的一侧固定连接有套杆（305）的一端，所述套杆（305）外套接有弹簧（306），所述套杆（305）的一侧设有螺纹杆（307），所述螺纹杆（307）螺纹连接螺纹套（308），所述螺纹套（308）的一端口固定连接所述底板（101）的一侧，所述螺纹杆（307）的另一端口则固定连接转动头（309）。
4.根据权利要求3所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述气动回转结构（4）包括电机（401）、转轴（402）、连杆（403）、伸缩杆（404），所述电机（401）的驱动端连接有转轴（402）。
5.根据权利要求4所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述转轴（402）上固定连接连杆（403），所述连杆（403）的一端侧底端连接有伸缩杆（404），所述气动回转结构（4）的所述伸缩杆（404）驱动端压块设有橡胶垫片。
6.根据权利要求5所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述吹气结构（5）包括推动块（501）、气管接口（502）、气口（503）、气缸（504），所述推动块（501）的一侧对接有气管接口（502），所述推动块（501）的另一侧连通有气口（503），所述气管接口（502）的两侧连接有气缸（504）的驱动杆，所述气缸（504）固定安装在所述底板（101）上。
7.一种激光焊接方法，应用于如权利要求6所述的激光焊接夹具，其特征在于:
S1:设置激光器功率、机器人运行速度、保护气体流量等工艺参数，振镜焊接头摆动宽幅和频率，将高强钢管放置于夹具上，靠紧吹气结构（5）和侧面限位块（301），一键启动气动回转结构（4），夹紧工件，将工件固定于气动回转结构（4）以及限位结构的定位位置，并将工件夹紧；
S2:打开机器人进行焊缝示教，分别用CCD和激光器红光对准焊缝，同时调节所述激光束的离焦量，夹紧后启动焊接机器人信号，焊接机器人开始激光焊接；
S3:对工件的某一条焊缝进行激光焊接，再不断间隔焊接下一条焊缝，直至工装上的所有焊缝焊接完成，激光焊接完成后，焊接夹具上吹气结构（5）启动，增加工件冷却速度；
S4:在工件焊接过程中，通过吹气结构（5）对工件进行散热，减小激光焊接造成工件的热变形，工件冷却后，气动回转结构（4）松开，工件下料。
8.根据权利要求7所述的一种P型镀锌高强钢管激光补焊夹具，其特征在于，所述激光焊接头配有同轴视觉CCD，并配有线性红光，方便对焊接焦点进行矫正，激光焊接之前先对焊缝进行示教，对准焊缝中心线预走一遍，并使所述的示教点与所述焊缝的中心线行走误差不超过0.5mm，所述的激光器输出功率范围为0~6KW，所述激光焊接头采用带同轴视觉CCD的振镜头，所述的激光焊接速度1m/min~5m/min。
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