CN201380364Y - 用于t型接头激光-电弧两侧同步焊接装置 - Google Patents
用于t型接头激光-电弧两侧同步焊接装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型是用于T型接头激光－电弧两侧同步焊接装置，在使用激光－电弧同步焊时，能够实现激光与电弧的同步运动。包括连接导光桶块、长度定位螺杆、位置调节连杆、方向调节块、电弧焊枪夹块、以及送丝夹具。连接导光桶块的一端用于固定能够发出激光束的导光桶，连接导光桶块的另一端和长度定位螺杆通过螺丝连接。位置调节连杆上设置有通槽孔，长度定位螺杆能够在通槽孔内移动，并能够通过两侧的螺母固定。方向调节块的两端分别与位置调节连杆和电弧焊枪夹块相连。送丝夹具与电弧焊枪夹块通过螺丝相连，位置确定后通过拧紧螺丝使二者固定。本装置具有四个角度调节、两个长度调节，可在一定范围内任意空间定位，实现激光与电弧的同步运动。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于T型接头激光-电弧两侧同步焊接装置，在使用激光-电弧同步焊时，本装置能够实现激光与电弧的同步运动，适用于各种材料T型接头两侧对称焊接，如铝合金加筋壁板T型接头的焊接。
背景技术
在飞机、汽车和机车车辆等制造业中，为了减轻运载工具的自重，提高运载能力，越来越多地采用轻金属合金与薄壁型轻量化结构。尤其在飞机蒙皮、壁板的制造中，采用焊接代替传统的铆接工艺，减重效果显著。因此，蒙皮与骨架组成的T型连接结构件成为设计的主流，且许多为大尺寸结构件。
传统的焊接方法主要是氩弧或电子束焊接。电弧的能量发散，深宽比小，能量利用率低，若单独使用，焊缝宽接头强度相对较低，而电子束缺点是受真空室的限制。激光具有能量密度高，深宽比大，热影响区窄，变形小，焊接速度快，不受真空室限制以及易于实现自动化等优点，成为当前此类结构件连接最有潜力的加工手段。目前A3XX系列飞机乃至当前最大的A380飞机的机身蒙皮与内撑梁组成的T型接头已采用激光焊接技术，无论从焊缝质量还是焊接效率都较原来的弧焊工艺大大提高。
激光焊接T型接头目前公知的方法一般为：1、用单一激光束从T型接头底板进行穿透焊，这种方法对装配间隙较严，搭焊面熔合直径较小，焊缝的剪切强度低。2、采用单激光或双光束填丝或填粉技术分别从接头的两侧顺序焊，由于焊接热源不对称，容易产生变形；而且对焊丝指向性和焊接工艺要求极严，焊接过程不稳定，容易产生气孔、咬边、未熔合等缺陷，焊缝成形差。3、利用双光束(有两种方式，一种由一台高功率的激光器采用分光镜分束实现，但调焦装配困难，位置精度要求高；而另一种由两台激光器构成双光束，同步控制困难，设备复杂)激光分别从T型接头两侧同步焊接，如专利ZL200410069245.6，或用激光双电弧双面焊复合焊，如申请号为200810064589.6的专利申请，虽然可以提高焊接效率，容易控制变形，但焊接工艺复杂，控制困难，成本较高。因此可采用一种T型接头激光-电弧两侧同步焊接方法，但该方法需设计两侧同步焊装置，目前还未有该种方法所用装置。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于T型接头激光-电弧两侧同步焊接装置，在使用T型接头激光-电弧两侧同步焊方法，本装置能够实现激光与电弧的同步定位。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本装置包括连接导光桶块、长度定位螺杆、位置调节连杆、方向调节块、由绝缘材料制成的用于固定电弧焊枪的电弧焊枪夹块、以及送丝夹具。其中：连接导光桶块的一端用于固定能够发出激光束的导光桶，连接导光桶块的另一端和长度定位螺杆通过螺丝连接并且二者之间能够自由旋转，螺丝拧紧二者固定；位置调节连杆上设置有通槽孔，长度定位螺杆能够在通槽孔内移动，并能够通过两侧的螺母固定。方向调节块的两端分别与位置调节连杆和电弧焊枪夹块相连，其连接方式与连接导光桶块和长度定位螺杆之间的连接方式相同。送丝夹具与电弧焊枪夹块通过螺丝相连，位置确定后通过拧紧螺丝使二者固定。
使用时，电弧焊枪固定在电弧焊枪夹块上，用于发出激光束的导光桶固定在连接导光桶块上，通过调节各部分的螺丝及长度定位螺杆在位置调节连杆的通槽孔中的位置，当达到焊接角度的要求后，拧紧各部分的螺丝及螺母，使各部分之间相对位置固定。焊接时，激光束和电弧焊枪分别布置在立板的两侧，由激光束的运动实现两侧同步填丝焊接。
待焊工件由T型接头夹具装卡，该T型夹具主要有底座、横梁、螺柱及螺母组成。将螺柱放入底座上的凹槽里(距离可移动)，把底板放在底座上，立板放于横梁下侧凹槽内，押在底板上，紧固螺母固定待焊工件。其中底座上的凹槽有一段为通槽，可焊接十字架结构。该夹具两侧无支架装卡方便灵活，又能焊接十字架结构。
本实用新型具有如下优点：本装置具有四个角度调节、两个长度调节，所以可在一定范围内任意空间定位，实现激光与电弧的同步运动。
附图说明
图1为本实用新型的激光-电弧两侧同步焊原理示意图
图2为图1的截面示意图
图3为定位装置示意图
图4为T型接头夹具示意图
图5为T型接头单一激光顺序焊的焊缝
图6为激光-电弧两侧同步焊接的焊缝
图中：1.底板，2.立板，3.焊缝，3’.单激光第一道焊缝，3”.单激光第二道焊缝，4.电弧焊枪，5.激光束，6.送丝嘴，7.保护气喷嘴，8.圆孔，9.连接导光桶块，10.紧固螺丝，11.长度定位螺杆，12.螺母，12’.小螺母，13.位置调节连杆，14.方向调节块，15.电弧焊枪夹块(绝缘材料)，16.送丝夹具，17.底座，18.横梁，19.螺柱。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
本实施例是针对T型结构待焊工件采用激光与电弧两侧同步焊接时，专门用来使激光束和电弧焊枪同步运动的装置，本装置可以在空间多个角度调节，结构简单定位方便。即可满足了电弧焊枪4定位要求，又能保持与激光的同步。
如图3所示，本装置包括连接导光桶块9、长度定位调节11、位置调节连杆13、方向调节块14、电弧焊枪夹块15及焊丝夹具16。其中：连接导光桶块9通过端部的两个圆孔8由螺丝10连接固定在导光桶上，从而实现与激光束5同步运动。连接导光桶块9和长度定位螺杆11通过螺丝10连接，二者之间可自由旋转，拧紧螺丝即可将二者相对固定。方向调节块14与焊枪夹块15之间、焊枪夹块15与送丝夹具16之间的连接方式与连接导光桶块9和长度定位调节11之间的连接方式相同，都可自由调节角度，拧紧即可固定。在位置调节连杆13上设置有通槽孔，长度定位螺杆11设置在该通槽孔内，长度定位螺杆11可在通槽孔内移动和旋转，通过设置在长度定位螺杆11两端的两个螺母12可以调节高低及角度，位置确定后，拧紧螺母12，即可实现二者之间的固定。位置调节连杆13、方向调节块14、电弧焊枪夹块15通过螺丝组合可以调节电弧焊枪使其处在最佳位置。送丝夹具16有两个角度及长短远近可调，当定位完后反拧小螺母12’即可固定焊丝，方便定位。定位时先根据实验要求，由螺丝穿过方向调节块14内圆孔紧固在位置调节连杆13内的螺母上实现电弧焊枪4的角度定位，然后根据电弧焊枪4的最佳位置拧紧所有紧固螺丝10即可准确定位。
本装置具有四个角度调节、两个长度调节，所以可在一定范围内任意空间定位，实现激光与电弧的同步运动。其中角度调节由紧固螺丝10和两个零件上的圆孔、螺纹孔组合实现，当定位完毕后拧紧紧固螺丝10即可实现准确定位。
电弧焊枪的绝缘由定位装置中焊枪夹块15(绝缘材料)实现。
焊接时，首先对激光束5进行定位，然后将导光桶固定在连接导光桶块9上，电弧焊枪4固定在电弧焊枪夹块15上，调节电弧焊枪4的位置，拧紧紧固螺丝10，连接定位完毕，由激光侧移动控制电弧与激光同步。激光束5沿T型接头的立板2、与底板1偏移量0.5mm进行填丝焊接，焊丝从激光熔池的正前方送进。电弧焊枪4在T型接头的另一侧与底板成30°～50°距离为3mm，由送丝夹具16调节送丝位置使焊丝送至熔池的正上方。两侧所填的丝由单独的两套送丝机集中控制或由双丝送丝机分路送给实现。
本实用新型为了更有效保护钨极，对电弧焊枪进行了改进。保护气体在起弧处成层流汇聚状态，既能有效保护钨极(烧损少)，而且形成的等离子体有利于焊接。
本装置适用于激光与激光、激光与电弧的两侧同步焊接。其中激光的类型为CO2激光器、Nd:YAG激光器、DISC激光器或光纤激光器，电弧的类型为TIG、MIG或等离子弧。也适用于同种材料或异种材料的T型接头结构的连接。
本实用新型中所使用的T型接头夹具如图4所示，该夹具主要有底座17、横梁18、螺柱19及螺母12组成。将螺柱19放入底座17上凹槽里(距离可调)，把底板1放在底座17上，立板2放于横梁18下侧凹槽内。只需紧固螺母12即可固定待焊工件。该夹具操作方便，两侧均无支架，有利于激光-电弧两侧同步焊接。底座17凹槽有一段为通槽，可焊接十字架结构。
下面给出一个应用本实施例中的方法进行具体焊接的实例及与现有焊接方法的效果对比。底板1和立板2的材质是6061铝合金，厚度均为3mm，组成T型接头。焊接时，激光的功率为2800W；采用保护气喷嘴7，He、Ar混合气体比例为3∶1，激光入射角在20°～60°之间，零离焦，焊接速度为1.2m/min，送丝方式为拖动式(丝在前，保护气在后，从熔池的正前方送入)；电弧焊枪4通过定位装置(图3)与激光器相连，电弧焊枪4角度在30°～50°之间，弧长为3mm，采用交流焊接电流为120A；氩气流量为8L/min，激光与电弧对称分布在T型接头两侧施焊。
焊接效果对比：当采用激光单侧顺序从T型接头两侧施焊时，焊缝如图5所示。由于是单侧顺序施焊，前焊的一侧对另一侧接头的装配间隙产生影响，而后焊一侧的焊缝又对前焊一侧的焊缝及应利分布状态产生影响，因此接头的装夹和焊接应力变形的控制难度增大。此外激光顺序施焊很难保证两熔池熔合在一起，产生的气孔不易排出，如图5所示，单激光第一道焊缝3’与单激光第二道焊缝3”强度均较低。单电弧由于热源分散热影响区大，深宽比小无法满足要求。采用图1所示的激光-电弧两侧同步焊接时，焊缝成形如图6所示。焊接过程中，由于激光与电弧的相互作用两熔池合二为一，两侧同时冷却收缩，这样有利于应力和变形的控制；激光与电弧形成的小孔相互贯通，当一侧小孔由于熔池的波动瞬时塌陷时，小孔内的金属蒸汽和保护气可以从另一侧的小孔外逸，从而大大降低了气孔；激光与电弧的相互作用提高了激光和电弧的稳定性、能量利用率和焊接效率；同步焊接增加了熔合面积，提高了焊缝强度；本实用新型还能降低T型接头底板1与立板2的装配间隙要求。
由此可以看出，与单激光焊接T型接头相比，通过激光与电弧的相互作用，激光和电弧的能量利用率都明显提高，电弧侧的深宽比明显加大，有利于焊接过程的稳定和提高焊接质量。采用激光与电弧分别从T型接头两侧进行同步对称焊接，两侧焊缝同时冷却收缩，有利于应力与变形的控制，焊接效率高，另外，激光与电弧形成的小孔相互贯通，熔池合二为一，当一侧小孔由于熔池的波动瞬时塌陷时，小孔内的金属蒸汽和保护气可以从另一侧的小孔外逸，从而避免了此类气孔的产生。
Claims (1)
1、用于T型接头激光-电弧两侧同步焊接装置，其特征在于：包括连接导光桶块(9)、长度定位螺杆(11)、位置调节连杆(13)、方向调节块(14)、由绝缘材料制成的用于固定电弧焊枪的电弧焊枪夹块(15)、以及送丝夹具(16)；其中：连接导光桶块(9)的一端用于固定能够发出激光束(5)的导光桶，连接导光桶块(9)的另一端和长度定位螺杆(11)通过螺丝(10)连接并且二者之间能够自由旋转，螺丝(10)拧紧二者固定；位置调节连杆(13)上设置有通槽孔，长度定位螺杆(11)能够在通槽孔内移动，并能够通过两侧的螺母(12)固定；方向调节块(14)的两端分别与位置调节连杆(13)和电弧焊枪夹块(15)相连，其连接方式与连接导光桶块(9)和长度定位螺杆(11)之间的连接方式相同；送丝夹具(16)与电弧焊枪夹块(15)通过螺丝相连，位置确定后通过拧紧螺丝使二者固定。
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