CN204382658U

CN204382658U - 激光焊接装置

Info

Publication number: CN204382658U
Application number: CN201520020784.4U
Authority: CN
Inventors: 焦俊科; 王飞亚; 王欣; 张文武
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2025-01-12

Abstract

本实用新型公开了一种激光焊接装置，包括控制系统、工作台、激光器、光学系统、模拟量I/O板、激光加工头和CCD；所述工作台和所述CCD均与所述控制系统电连接；所述工作台上设置有用于固定待焊接工件并对所述待焊接工件施压的夹紧装置，以及用于监测所述夹紧装置所施加的压力大小的压力传感器；所述激光器通过所述模拟量I/O板与所述控制系统电连接，所述激光器发出的激光通过所述光学系统聚焦后进入所述激光加工头。本实用新型的激光焊接装置可实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间，以及金属材料与热塑性材料之间的高质量焊接，且本实用新型的激光焊接装置通过控制系统和模拟量I/O板进行控制，智能化程度高，提高了焊接效率。

Description

激光焊接装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光焊接装置。

背景技术

目前，热塑性复合材料主要采用电阻植入焊、电磁感应焊和超声波焊接等方法完成焊接。其中，电阻植入焊工艺简单、设备灵活、无需表面处理，但是在焊接过程中，焊接头会引入杂质，从而降低了焊接头的疲劳性能和电气性能的均匀性；电磁感应焊可以进行连续的焊接，但是，其存在植入材料成本高、填充材料影响焊接强度、难以焊接具有复杂焊接面的结构等问题；超声焊具有焊接效率高、接头强度高等优点，但是其存在导能筋制作困难和一次可焊接面积小的局限。

激光焊接是一种综合性能良好的焊接方法，可以克服上述焊接方式的缺点，但是，目前的激光焊接装置大多是针对金属材料的焊接而设计，不利于热塑性复合材料的焊接，且智能化程度较低，不利于焊接效率的提升。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能化激光焊接装置，能够实现热塑性复合材料，以及热塑性复合材料与金属材料之间的高质量焊接。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种激光焊接装置，包括控制系统、工作台、激光器、光学系统、模拟量I/O板、激光加工头和CCD；

所述工作台和所述CCD均与所述控制系统电连接；

所述工作台上设置有用于固定待焊接工件并对所述待焊接工件施压的夹紧装置，以及用于监测所述夹紧装置所施加的压力大小的压力传感器；

所述激光器通过所述模拟量I/O板与所述控制系统电连接，所述激光器发出的激光通过所述光学系统聚焦后进入所述激光加工头。

在其中一个实施例中，所述控制系统包括第一控制器和第二控制器；

所述激光器通过所述模拟量I/O板与所述第一控制器电连接；所述工作台和所述CCD均与所述第二控制器电连接。

在其中一个实施例中，所述激光焊接装置还包括气流系统，所述气流系统通过所述模拟量I/O板与所述第一控制器电连接。

在其中一个实施例中，所述激光焊接装置还包括机器人；所述机器人与所述第一控制器电连接，所述激光加工头安装在所述机器人上。

在其中一个实施例中，所述激光焊接装置还包括用于承载待焊接工件的光学平板；所述光学平板设置在所述工作台上，所述压力传感器设置在所述光学平板的下方。

在其中一个实施例中，所述压力传感器为4个，所述四个压力传感器对称设置在所述光学平板的四个角上。

在其中一个实施例中，所述激光焊接装置还包括水冷系统，所述水冷系统与所述激光器相连接。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的激光焊接装置包括压力传感器和夹紧装置，其中，夹紧装置用于固定待焊接工件，同时对待焊接工件施加一定压力，压力传感器可以监测夹紧装置对待焊接工件施加的压力大小。本实用新型中，待焊接工件在激光与压力的共同作用下完成焊接过程，可实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间，以及金属材料与热塑性材料之间的高质量焊接，且本实用新型的激光焊接装置通过控制系统和模拟量I/O板进行控制，智能化程度高，提高了焊接效率。

附图说明

图1为本实用新型的激光焊接装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

参见图1，本实用新型提供了一种激光焊接装置，包括激光器1、工作台2、控制系统3、光学系统4、模拟量I/O(input output，输入输出)板5、激光加工头6和CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合原件)7。

工作台2与CCD 7均与控制系统3电连接，工作台2在控制系统3的控制下可进行移动，较佳地，工作台2为三轴工作台；CCD 7用于激光光路的调整、激光焊接位置的定位，以及焊接后工件形貌的观察。

工作台2上设置有夹紧装置21和压力传感器22，其中，夹紧装置21用于固定待焊接工件8，并对待焊接工件8施加一定的压力，压力传感器22用于监测夹紧装置21所施加的压力大小。

激光器1通过模拟量I/O板5与控制系统3电连接，激光器1发出的激光通过光学系统4聚焦后进入激光加工头6；工作时，进入激光加工头6的激光从其末端射出，并作用于待焊接工件8上。本实用新型中，控制系统3可以通过模拟量I/O板5对激光器1的使能、频率和占空比进行控制。

工作时，首先将待焊接工件8置于工作台2上，并通过夹紧装置21将其进行固定并施加一定压力，然后通过压力传感器22的监测数据调整夹紧装置21所施加的压力的大小；再开启激光器1，激光器1发出的激光经过光学系统4聚焦后进入激光加工头6；进入激光加工头6的激光从激光加工头6的末端射出，并作用于待焊接工件8上，同时，激光加工头6在控制系统3的控制下按照预设的轨迹进行运动，从而完成焊接过程。

本实用新型中，待焊接工件8在外部压力(夹紧装置21所施加的压力)与激光的协同作用下完成焊接过程，可实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间，以及金属材料与热塑性材料之间的高质量焊接，且本实用新型的激光焊接装置通过控制系统3和模拟量I/O板5进行控制，控制方便，智能化程度高，有利于焊接效率和焊接精度的提高。

较佳地，控制系统3包括第一控制器31和第二控制器32。其中，激光器1通过模拟量I/O板5与第一控制器31电连接，第一控制器31通过模拟量I/O板5控制激光器1的动作；工作台2和CCD 7均与第二控制器32电连接，工作台2和CCD 7在第二控制器32的控制下动作。该方式中，不同的控制器分别控制不同的器件，实现了模块化的控制模式，便于数据的管理，且控制方式相对简单，容易实现。

继续参见图1，本实用新型的激光焊接装置还包括机器人9。其中，机器人9与第一控制器31电连接，且激光加工头6安装在机器人9上。在焊接过程中，第一控制器31发出指令，控制机器人9进行动作，进而控制激光加工头6的运动。该方式进一步增加了本实用新型的激光焊接装置的智能化程度，提高了焊接效率，并有利于焊接精度和焊接质量的提高。

作为一种可实施方式，本实用新型的激光焊接装置还包括气流系统10，气流系统10通过模拟量I/O板5与第一控制器31电连接。该方式中，第一控制器31通过模拟量I/O板5控制气流系统10的通断和气压的大小。本实用新型中，气流系统10用于为激光焊接提供保护气体(如氮气、氩气等)，由于待焊接工件8在焊接时温度较高，容易与空气中的氧气等发生反应，保护气体的通入则有效避免了焊接过程中工件的氧化，进而提高了焊缝的质量。工作时，激光器1发出的激光输入到激光加工头6中进行激光焊接，气流系统10提供的保护气体输送到待焊接工件8的焊接处进行保护，使得激光器1与气流系统10同步完成焊接过程。

如图1所示，本实用新型的激光焊接装置还包括用于承载待焊接工件8的光学平板11，其中，光学平板11设置在工作台2上，压力传感器22设置在光学平板11的下方。在进行焊接时，可将待焊接工件8置于光学平板11上，再通过夹紧装置21固定待焊接工件8，由于光学平板11具有较高的平整度，因而能够有效提高焊接精度。

作为优选，设置在光学平板11下方的压力传感器22为四个，且四个压力传感器22对称设置在光学平板11的四个角上。该方式能够对夹紧装置21施加在待焊接工件8上的压力进行精确的监测，同时能够增加光学平板11的承载面的水平度。

作为一种可实施方式，本实用新型的激光焊接装置还包括水冷系统12，该水冷系统12与激光器1连接，以确保激光器1能够正常运行。

下面以热塑性复合材料与金属材料之间的焊接为例，对本实用新型的激光焊接装置进一步说明。

实施例1

本实施例中，待焊接工件8为碳纤维增强的PE-聚乙烯工件与铝合金工件。

(1)将碳纤维增强的PE-聚乙烯工件的待焊面与铝合金工件的待焊面搭接后，置于光学平板11上，并利用夹紧装置21进行固定；其中，铝合金工件位于碳纤维增强的PE-聚乙烯工件的上方；

(2)根据压力传感器22的监测结果，将夹紧装置21施加在待焊接工件8上的压力调整至工艺所需的压力；

(3)开启第一控制器31、第二控制器32和气流系统10；再开启水冷系统12，一定时间后，打开激光器1；

(4)开启CCD 7，定位待焊接的位置点；然后将激光加工头6移动至待焊接工件8的正上方，通过机器人9将激光加工头6沿着竖直方向移动至一定的离焦量，同时调整气流系统10所提供的气流大小；

(5)在第一控制器31中写入程序，设置各个参数(包括激光器1的频率和占空比，气流系统10和激光器1的通断，以及机器人9的移动范围和移动速度等)；

(6)运行步骤(5)中写入的程序，完成焊接过程。

实施例1中，焊接的原理为：激光器1发出的激光作用于铝合金工件的表面，通过铝合金工件将热量传递至碳纤维增强的PE-聚乙烯工件，碳纤维增强的PE-聚乙烯工件的表面受热熔融，此时，熔融的碳纤维增强的PE-聚乙烯工件充当了焊料，在夹紧装置21的压力作用下，该焊料将铝合金工件与碳纤维增强的PE-聚乙烯工件连接在一起。该方式通过金属材料将热量传递至热塑性复合材料，避免了激光直接照射在热塑性复合材料上造成的熔化区域过大致使热塑性材料变形现象的发生，增加了热塑性复合材料焊接的可靠性。

利用本实用新型的激光焊接装置也可实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间的焊接。当待焊接的两个工件均为热塑性复合材料时，可在两个热塑性复合材料工件的待焊接区域两侧贴合金属过渡件，然后通过夹紧装置21将金属过渡件和两个热塑性复合材料工件进行固定并施加一定压力，再将聚焦后的激光打在金属过渡件的表面，通过金属过渡件将热量传导至热塑性复合材料工件，从而完成焊接过程。

需要说明的是，在利用本实用新型的激光焊接装置进行热塑性复合材料的焊接时，激光器1发出的激光作用于待焊接工件8上所达到的最高温度应该高于热塑性复合材料的熔融温度，同时低于金属材料或金属过渡件的熔融温度。

此外，利用本实用新型的激光焊接装置还可以实现其他材料的焊接，如金属材料与金属材料之间的焊接。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种激光焊接装置，其特征在于，包括控制系统、工作台、激光器、光学系统、模拟量I/O板、激光加工头和CCD；

所述工作台和所述CCD均与所述控制系统电连接；

2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述控制系统包括第一控制器和第二控制器；

3.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置还包括气流系统，所述气流系统通过所述模拟量I/O板与所述第一控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置还包括机器人；所述机器人与所述第一控制器电连接，所述激光加工头安装在所述机器人上。

5.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置还包括用于承载待焊接工件的光学平板；所述光学平板设置在所述工作台上，所述压力传感器设置在所述光学平板的下方。

6.根据权利要求5所述的激光焊接装置，其特征在于，所述压力传感器为4个，所述四个压力传感器对称设置在所述光学平板的四个角上。

7.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置还包括水冷系统，所述水冷系统与所述激光器相连接。