CN211889451U - 一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，包括：移动机构；焊接机构，其安装在移动机构上；焊接机构包括连接外壳、搅拌摩擦模块以及激光焊接模块，搅拌摩擦模块和激光焊接模块均局部安装在连接外壳内，搅拌摩擦模块设有可高速旋转的搅拌头，激光焊接模块可生成用于焊接的激光束，搅拌摩擦模块和激光焊接模块均沿焊接机构的焊接方向进行直线分布，搅拌摩擦模块位于焊接机构的焊接方向的前进方。本实用新型在进行激光焊接之前，首先利用搅拌摩擦模块的搅拌头对焊接件的焊接部位进行摩擦预处理，使得激光焊接模块所生成的激光束能够更好地通过热传导的方式进入至焊点附近材料的内部，从而提高激光束的吸收率，加快焊接件的焊接速度。

Description

一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，特别涉及一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置。

背景技术

目前对于高反射率有色金属材料的焊接工艺主要有两种，其中一种焊接工艺是利用高能量密度的激光束作为热源的激光焊接，其具有高精度，高效率，低能耗比等优点。但由于焊接材料本身具有较高的反射率，故会有相当大比例的能量随反射光离开金属的表面从而无法直接传导至金属的内部；与此同时，由于金属的表面通常较为光滑，因此镜面反射占据主导地位，反射光中的能量将直接离开金属表面而无法被利用，这使得熔池的形成更加困难，从而延长焊接时间，延缓焊接速度，降低焊接效率。除此之外，瞬时能量不足可能会导致熔池的深宽比降低，致使焊接质量不高。综上所述，直接对高反射率的有色金属材料进行激光焊接会使得焊接效率降低。

另外一种焊接工艺则是搅拌摩擦焊接，采用的是高速旋转的焊头，利用高转速的焊头与工件进行高速摩擦来产生热量，软化焊接部位，达到焊接的目的。目前，搅拌摩擦焊接的焊接精度受制于焊头的尺寸而无法达到较高的要求，与此同时还受制于焊头的强度。另外，由于搅拌摩擦焊接的热量来源于高速旋转所产生的摩擦力，因此在焊接过程中焊头需要不断地与工件进行接触才能完成焊接，故其焊接速度较慢，对焊头的消耗较快。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，能够加快高反射率金属材料的焊接速度，提升其焊接质量。

根据本实用新型的第一方面实施例的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，包括：

移动机构；

焊接机构，其安装在所述移动机构上，所述移动机构带动所述焊接机构进行移动；所述焊接机构包括连接外壳、搅拌摩擦模块以及激光焊接模块，所述搅拌摩擦模块和所述激光焊接模块均局部安装在所述连接外壳内，所述搅拌摩擦模块设有可高速旋转的搅拌头，所述激光焊接模块可生成用于焊接的激光束，所述搅拌摩擦模块和所述激光焊接模块均沿焊接机构的焊接方向进行直线分布，所述搅拌摩擦模块位于焊接机构的焊接方向的前进方。

根据本实用新型实施例的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，至少具有如下有益效果：本实用新型在进行激光焊接之前，首先利用搅拌摩擦模块的搅拌头对焊接件的焊接部位进行摩擦预处理，目的在于减少焊接部位的镜面反射比例从而降低焊接部位的反射率，使得激光焊接模块所生成的激光束能够更好地通过热传导的方式进入至焊点附近材料的内部，从而提高激光束的吸收率，加快焊接件的焊接速度，与此同时，由于焊点处的能量密度加大，因此该焊点处能够形成深宽比更高的熔池，进而提升焊点的焊接质量。

根据本实用新型的一些实施例，所述移动机构包括位移主臂、姿态调整副臂以及驱动组件，通过所述驱动组件，所述姿态调整副臂可活动安装在所述位移主臂上。

根据本实用新型的一些实施例，所述连接外壳安装在所述姿态调整副臂的下方。

根据本实用新型的一些实施例，所述搅拌摩擦模块包括高速动力源和刚性传动轴，所述高速动力源安装在所述连接外壳内，所述高速动力源与所述搅拌头通过所述刚性传动轴进行传动，所述搅拌头位于所述连接外壳的下方。

根据本实用新型的一些实施例，所述搅拌摩擦模块还包括散热外壳，所述散热外壳固定连接在所述连接外壳的下方，所述刚性传动轴从上往下依次穿过所述连接外壳和所述散热外壳。

根据本实用新型的一些实施例，所述连接外壳和所述散热外壳均在所述刚性传动轴的外周设置有传动轴保护液。

根据本实用新型的一些实施例，所述激光焊接模块包括激光发生器、导光光纤、自准直光纤以及可变焦透镜，所述激光发生器安装在所述连接外壳内，所述激光发生器所生成的激光束从上往下依次穿过所述导光光纤、自准直光纤以及可变焦透镜。

根据本实用新型的一些实施例，所述激光焊接模块还包括连接部件外壳和准直部件外壳，所述连接部件外壳弹性连接在所述连接外壳的下方，所述准直部件外壳可上下滑动连接在所述连接部件外壳内。

根据本实用新型的一些实施例，所述导光光纤分别安装在所述连接外壳内和所述连接部件外壳内，所述自准直光纤和所述可变焦透镜均安装在所述准直部件外壳内。

根据本实用新型的一些实施例，所述导光光纤在所述连接外壳内包裹有光纤保护层。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的搅拌摩擦辅助激光焊接装置的立体结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的焊接机构的剖视结构图；

图3是焊接件在进行摩擦处理前和摩擦处理后其对激光束反射效果的对比图。

附图中：10-移动机构、20-焊接机构、110-位移主臂、120-姿态调整副臂、130-驱动组件、210-连接外壳、300-搅拌摩擦模块、400-激光焊接模块、310-高速动力源、320-刚性传动轴、330-搅拌头、500-焊接件、340-散热外壳、321-传动轴保护液、350-连接卡笋、410-激光发生器、420-导光光纤、430-自准直光纤、440-可变焦透镜、450-连接部件外壳、460-准直部件外壳、421-光纤保护层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，根据本实用新型的第一方面实施例的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，包括移动机构10和焊接机构20，所述焊接机构20安装在所述移动机构10上，使得所述移动机构10能够带动所述焊接机构20进行移动。所述移动机构10包括位移主臂110、姿态调整副臂120以及驱动组件130，其中所述位移主臂110通过外接的动力装置进行驱动，使其满足cm级别的定位精度，并且具有XYZ方向的平动能力以保证焊接机构20整体位置的移动；通过所述驱动组件130，所述姿态调整副臂120可活动安装在所述位移主臂110上，所述姿态调整副臂120满足0.1mm级别的定位精度，并具有在XOY平面内360°的转动能力和在XOZ平面内0°至90°的转动能力以保证焊接机构20能够以合适的角度进行作业。

如图2所示，所述焊接机构20包括连接外壳210、搅拌摩擦模块300以及激光焊接模块400，所述连接外壳210安装在所述姿态调整副臂120的下方，其内部设置有部分的搅拌摩擦模块300以及部分的激光焊接模块400。由于所述连接外壳210起到主要的连接作用，因此其应采用高强度金属制成，所述连接外壳210在重力方向上至少需要具有50kg左右的承重能力，在水平方向上需要承受1000N.m的力矩，以防止其在搅拌摩擦模块300的高速转动中发生断裂或者脱落。具体地，所述搅拌摩擦模块300包括高速动力源310、刚性传动轴320以及搅拌头330，所述高速动力源310安装在所述连接外壳210内，所述高速动力源310可采用转速在10000r/min附近的数控高速动力源310，以便于其在数控计算机的控制下，按照具体工作要求来对转速进行调整，以适应各种不同的焊接件500。所述高速动力源310与所述搅拌头330通过所述刚性传动轴320进行传动，所述搅拌头330位于所述连接外壳210的下方，使得所述搅拌头330能够进行高速旋转。由于所述搅拌头330在高速旋转时会产生大量的热量，热量能够传导至所述刚性传动轴320上，因此为了提高刚性传动轴320的散热性能，所述搅拌摩擦模块300还包括散热外壳340，所述散热外壳340具体为高导热材料外壳，所述散热外壳340固定连接在所述连接外壳210的下方，所述刚性传动轴320从上往下依次穿过所述连接外壳210和所述散热外壳340，所述散热外壳340对所述刚性传动轴320具有稳定以及导向的作用；所述连接外壳210和所述散热外壳340均在所述刚性传动轴320的外周设置有传动轴保护液321，所述传动轴保护液321主要对所述刚性传动轴320进行润滑、防锈以及导热，所述传动轴保护液321可选取重油材料，使得所述散热外壳340能够将刚性传动轴320的热量散发到外界，以提升刚性传动轴320的使用寿命。除此之外，为了将不同的搅拌头330与刚性传动轴320进行相连，两者之间具体通过连接卡笋350进行连接，方便对所述搅拌头330进行更换。

所述激光焊接模块400包括激光发生器410、导光光纤420、自准直光纤430、可变焦透镜440、连接部件外壳450以及准直部件外壳460，其中所述激光发生器410安装在所述连接外壳210内，所述连接外壳210、连接部件外壳450以及准直部件外壳460依次连接，所述导光光纤420分别安装在所述连接外壳210内和所述连接部件外壳450内，所述自准直光纤430和所述可变焦透镜440均安装在所述准直部件外壳460内，所述激光发生器410所生成的激光束从上往下依次穿过所述导光光纤420、自准直光纤430以及可变焦透镜440。由于导光光纤420是激光传输的重要组件，应极力避免其产生弯曲以及振损，否则光纤的过弯损耗以及内部结构损耗将会极大地削弱激光束的强度，影响焊接效率，因此所述导光光纤420在所述连接外壳210内包裹有光纤保护层421以减少所述搅拌摩擦模块300对导光光纤420所产生的振动影响。除此之外，由于激光焊接中的激光束需要稳定、准确地持续照射焊点，因此所述激光焊接模块400应避免受到所述搅拌摩擦模块300的影响，此时所述连接部件外壳450的上端可以通过弹簧装置或者橡胶垫圈等缓冲结构与所述连接外壳210进行弹性连接，配合上述的光纤保护层421可以起到稳定激光束的作用。需要进一步说明的是，通过调整所述导光光纤420与所述自准直光纤430之间的距离，使得激光束能够以合适的位置和角度从导光光纤420进入至自准直光纤430，以此来对导光光纤420的出射光进行准直。因此，为了调整两个光纤之间的距离，所述准直部件外壳460可上下滑动连接在所述连接部件外壳450内，通过调整所述连接部件外壳450与所述准直部件外壳460之间的位置关系，使得激光束被准直射至所述可变焦透镜440上，并通过所述可变焦透镜440的变焦设置将激光束精准汇聚于所需的焊点位置上。

如图1所示，为了能够利用所述搅拌摩擦模块300的搅拌头330来对焊接件500的焊接部位进行摩擦预处理，所述搅拌摩擦模块300和所述激光焊接模块400均沿焊接机构20的焊接方向进行直线分布，其中所述搅拌摩擦模块300位于焊接机构20的焊接方向的前进方，对应地，所述激光焊接模块400位于焊接机构20的焊接方向的后退方，即焊接过程中首先是对焊接件500的表面进行摩擦预处理后再对其进行激光焊接。如图3的上图所示，当焊接件500没有进行摩擦预处理时，其表面相对光滑，激光束被焊接件500的表面所反射，大量的能量会随反射光离开焊点，使得焊点处的能量密度大大下降，无法在短时间内形成焊池；如图3的下图所示，当焊接件500经过所述搅拌头330进行摩擦预处理后，其表面变得凹凸不平，这使得不规则反射增加，能量不能随反射光离开焊点，而是在焊点附近不断传播转移，焊点附近能量密度增加，有利于在短时间内形成焊池，提高焊接效率与焊机质量。

需要进一步说明的是，在本实用新型中所使用的搅拌头330的规格在符合工业标准的要求下需要根据不同焊接件500材料的物理性质以及具体焊接任务要求来调整其材质、尺寸、摩擦纹样式等规格参数，这样有利于适配多种不同焊接件500的焊接任务，提高本实用新型的通用性。另外，所述搅拌头330的转速或者移速等运动参数也需要根据具体焊接任务要求进行调整，因此可在数控机床的基础上开发出相应的设备，使得各种运动参数可以随时适配不同焊接件500的焊接任务。最后，本实用新型中所使用的激光发生器410需要和焊接件500的吸收峰值相匹配，如此将有利于材料从激光束中吸收能量，对焊接质量和焊接效率的提升均有裨益。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于，包括：

移动机构(10)；

焊接机构(20)，其安装在所述移动机构(10)上，所述移动机构(10)带动所述焊接机构(20)进行移动；所述焊接机构(20)包括连接外壳(210)、搅拌摩擦模块(300)以及激光焊接模块(400)，所述搅拌摩擦模块(300)和所述激光焊接模块(400)均局部安装在所述连接外壳(210)内，所述搅拌摩擦模块(300)设有可高速旋转的搅拌头(330)，所述激光焊接模块(400)可生成用于焊接的激光束，所述搅拌摩擦模块(300)和所述激光焊接模块(400)均沿焊接机构(20)的焊接方向进行直线分布，所述搅拌摩擦模块(300)位于焊接机构(20)的焊接方向的前进方。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述移动机构(10)包括位移主臂(110)、姿态调整副臂(120)以及驱动组件(130)，通过所述驱动组件(130)，所述姿态调整副臂(120)可活动安装在所述位移主臂(110)上。

3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述连接外壳(210)安装在所述姿态调整副臂(120)的下方。

4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述搅拌摩擦模块(300)包括高速动力源(310)和刚性传动轴(320)，所述高速动力源(310)安装在所述连接外壳(210)内，所述高速动力源(310)与所述搅拌头(330)通过所述刚性传动轴(320)进行传动，所述搅拌头(330)位于所述连接外壳(210)的下方。

5.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述搅拌摩擦模块(300)还包括散热外壳(340)，所述散热外壳(340)固定连接在所述连接外壳(210)的下方，所述刚性传动轴(320)从上往下依次穿过所述连接外壳(210)和所述散热外壳(340)。

6.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述连接外壳(210)和所述散热外壳(340)均在所述刚性传动轴(320)的外周设置有传动轴保护液(321)。

7.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述激光焊接模块(400)包括激光发生器(410)、导光光纤(420)、自准直光纤(430)以及可变焦透镜(440)，所述激光发生器(410)安装在所述连接外壳(210)内，所述激光发生器(410)所生成的激光束从上往下依次穿过所述导光光纤(420)、自准直光纤(430)以及可变焦透镜(440)。

8.根据权利要求7所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述激光焊接模块(400)还包括连接部件外壳(450)和准直部件外壳(460)，所述连接部件外壳(450)弹性连接在所述连接外壳(210)的下方，所述准直部件外壳(460)可上下滑动连接在所述连接部件外壳(450)内。

9.根据权利要求8所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述导光光纤(420)分别安装在所述连接外壳(210)内和所述连接部件外壳(450)内，所述自准直光纤(430)和所述可变焦透镜(440)均安装在所述准直部件外壳(460)内。

10.根据权利要求9所述的一种搅拌摩擦辅助激光焊接装置，其特征在于：所述导光光纤(420)在所述连接外壳(210)内包裹有光纤保护层(421)。

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