CN221047548U - 超声-激光同步复合连续缝焊设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超声‑激光同步复合连续缝焊设备，该设备包括超声滚焊系统和激光焊接系统，超声滚焊系统通过一个带环槽的超声滚焊滚轮或者两个同轴且间隙设置的超声滚焊滚轮在工件上形成平行的两道超声滚焊焊缝，激光焊接系统同步在两道超声滚焊焊缝之间的超声未焊区之间形成连续的激光焊缝，从而实现了超声和激光同步复合连续缝焊。

Description

超声-激光同步复合连续缝焊设备

技术领域

本实用新型涉及焊接加工领域领域，尤其涉及超声-激光同步复合连续缝焊设备。

背景技术

新能源汽车和储能等新兴产业的高速发展催生了大量连续缝焊需求。例如在超大容量电池制造中，增大极耳连接处的连接面积以增加导电和散热能力，极耳焊接形式由连续缝焊取代点焊。又例如，铝合金和碳纤维板将大量应用在交通工具上以满足轻量化需求，这就不可避免涉及铝合金和碳纤维板的异种材料连接问题。

超声波金属滚焊是一种优质、高效、低耗、清洁的固相连接技术，适用于铝、铜等高导电、导热材料的连接，在热塑性材料和金属的连接上也显示出巨大的应用潜力。但由于超声波滚焊功率的限制，当被焊工件厚度较大时往往导致性能不佳或工艺窗口过窄，很难满足高质量焊接需求。

激光焊接以其能量密度高、焊速快、变形小，例如能量利用率低，焊前装配工作要求高，接头中易产生气孔、裂纹等缺陷。

为了解决单独超声波焊接或激光焊所存在的问题，目前已经有多个专利将超声能场和激光能场结合起来。专利CN108381039A描述了一种超声振动支撑的激光焊接装置和方法。专利CN107570872A将超声振动工具布置在熔池正前方，利用超声的空化和声流效应抑制激光焊接的未熔合缺陷；上述专利只是简单的将超声能量引入到激光熔池中，其作用限于辅助熔池凝固过程，超声对激光没有作用。专利CN108326429A将超声变幅杆与激光头机械耦合连接，将超声振动通过激光头直接作用于激光束形成一种超声复合的激光束，使激光束能量密度得到加强，改善焊接接头质量，该专利本质上是超声对激光和熔池的单向作用。专利CN114502315A通过变幅杆通孔将激光束导入超声点焊区域，超声点焊和激光焊接同时进行，发生相互耦合作用，既能发挥超声点焊面积大电阻低的优势，又能利用激光焊增加接头的强度。但是，它不能实现连续焊。

实用新型内容

本实用新型提供一种超声-激光同步复合连续缝焊设备，超声-激光同步复合连续缝焊设备，包括：工作台；超声焊接系统，包括超声滚焊滚轮，超声滚焊滚轮的外周面设有环绕超声滚焊滚轮的转轴沿圆周方向连续延伸的环槽，环槽将超声滚焊滚轮的外周面分隔为第一工作面和第二工作面；以及激光焊接系统，包括激光头，激光头至少能够被保持为以下姿态：激光头发射的激光束在工作台上的光斑落在环槽在工作台上的正投影或其延伸线上；激光头能与超声滚焊滚轮相对于工作台同步平移。

在一些实施方式中，激光头设置在环槽在工作台上正投影的延伸线的上方，且偏离超声滚焊滚轮的上方的位置，激光束的发射方向向着偏向超声滚焊滚轮的方向倾斜，并沿环槽的切向无干涉地穿越环槽，照射在激光滚焊滚轮的下方。

在一些实施方式中，激光头的倾斜角度被构造成使激光头发出的激光束与工作台面的夹角为60-120°。

在一些实施方式中，环槽的深度≥2mm，0.8≤宽度≤10mm。

在一些实施方式中，包括驱动装置，超声焊接系统连接驱动装置，激光头连接超声焊接系统或驱动装置，驱动装置在焊接方向上可移动。

在一些实施方式中，工作台在焊接方向上可移动，激光焊接系统和超声焊接系统在焊接方向上固定。

在一些实施方式中，工作台包含位于超声滚焊滚轮下方的下超声滚焊滚轮，下超声滚焊滚轮为工作时被施加超声振动的圆形带齿滚轮。

超声-激光同步复合连续缝焊设备，包括：工作台；两套超声焊接系统，每套超声焊接系统包括超声滚焊滚轮，两套超声焊接系统的超声滚焊滚轮同轴设置，两超声滚焊滚轮之间设有形成一间隙；以及激光焊接系统，包括激光头，激光头至少能够被保持为以下姿态：激光头发射的激光束在工作台上的光斑落在间隙在工作台上的正投影或其延伸线上；激光头与超声滚焊滚轮能相对于工作台同步平移。

在一些实施方式中，激光头设置在间隙的上方，激光头发射的激光束垂直于工作台、沿间隙的直径方向无干涉地穿越间隙。

在一些实施方式中，工作台包含位于超声滚焊滚轮下方的下超声滚焊滚轮，下超声滚焊滚轮为工作时被施加超声振动的圆形带齿滚轮。

超声-激光同步复合连续缝焊方法，包括以下步骤：

提供超声-激光同步复合连续缝焊设备，该设备包括一超声焊接系统和一激光焊接系统，超声焊接系统包括一超声滚焊滚轮，该超声滚焊滚轮的外周面设有环绕超声滚焊滚轮的转轴沿圆周方向连续延伸的环槽，环槽将超声滚焊滚轮的外周面分隔为第一工作面和第二工作面；激光焊接系统包括激光头，激光头设置在环槽在工作台上正投影的延伸线的上方，且偏离超声滚焊滚轮的上方的位置，激光头的姿态被保持为：其激光束的发射方向偏向超声滚焊滚轮的方向倾斜，并能沿环槽的切向无干涉地穿越环槽，照射在激光滚焊滚轮的下方；

将待焊工件放置于加工平台上并固定；

设置工艺参数；

同时启动超声滚焊和激光连续焊，使超声滚焊滚轮及激光头同步地相对于工件直线运动，通过超声滚焊形成第一超声滚焊区和第二超声滚焊区，通过激光连续焊在两排超声滚焊区之间进行连续焊接形成第一激光焊区。

超声-激光同步复合连续缝焊方法，包括以下步骤：

提供超声-激光同步复合连续缝焊设备，该设备包括工作台、两套超声焊接系统和一套激光焊接系统，每套超声焊接系统包括超声滚焊滚轮，两套超声焊接系统的超声滚焊滚轮同轴设置，两超声滚焊滚轮之间设有形成一间隙，激光焊接系统包括激光头，激光头设置在间隙的上方，激光头的姿态被保持为：其激光束垂直于工作台、沿间隙的直径方向无干涉地穿过间隙；

将待焊工件放置于加工平台上并固定；

设置工艺参数；

同时启动超声滚焊和激光焊接，使超声滚焊滚轮及激光头同步地相对于工件直线运动，通过超声滚焊形成第三超声滚焊区和第四超声滚焊区，通过激光焊接在两排滚焊区域之间进行连续焊接形成第二激光焊区。

本实用新型的有益效果包括：

(1)提高了焊接接头的适应性，由于超声滚焊可以消除界面氧化膜和装配间隙，降低了激光对工件焊前表面处理和装配间隙的要求，因此可以提高激光的焊接适应性。

(2)增加超声滚焊的可焊接范围，激光的加热作用可以软化金属，因此降低了超声滚焊功率的要求，增加了超声滚焊可焊厚度和硬度。

(3)改善焊接质量，减少焊接缺陷，超声振动产生的机械效应、空化效应和声流效应不仅能够提高熔池内对流及扩散速率，加速焊缝内元素的均化，而且有利于气体的溢出，能够减少气孔、裂纹等缺陷。

附图说明

图1为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的构成示意图。

图2为图1所示实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的超声滚焊滚轮示意图。

图3为图2所示超声滚焊滚轮在工件表面滚焊时形成的超声滚焊区和超声未焊区示意图。

图4为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头姿态示意图。

图5为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头前置后倾示意图。

图6为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头后置前倾示意图。

图7为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备在工件上形成的焊缝示意图。

图8为另一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的构成示意图。

图9显示了图8所示的两套超声焊接系统的超声滚焊滚轮示意图。

图10显示了图9所示超声滚焊滚轮形成的超声滚焊区和超声未焊区示意图。

图11显示了图8所示的超声-激光同步复合连续缝焊设备在工件上形成的焊缝示意图。

图12显示了图2所示的超声滚焊滚轮的环槽在工作台上正投影的俯视图。

图13显示了图9所示的两超声滚焊滚轮的间隙在工作台上的正投影的俯视图。

图14显示了另一实施方式的超声-激光同步复合连续缝焊设备的工作台示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

实施例1

图1为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的构成示意图。图2为图1所示实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的超声滚焊滚轮示意图。图3为图2所示超声滚焊滚轮在工件表面滚焊时形成的超声滚焊区和超声未焊区示意图。图4为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头姿态示意图。图5为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头前置后倾示意图。图6为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备激光头后置前倾示意图。图7为一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备在工件上形成的焊缝示意图。图12为图2所示的超声滚焊滚轮的环槽在工作台上正投影的俯视图。

在图1所示的实施例中，超声-激光同步复合连续缝焊设备备包括工作台1、超声焊接系统2和激光焊接系统。请结合图1和图2，超声焊接系统2包括超声滚焊滚轮21，该超声滚焊滚轮21的外周面设有环绕超声滚焊滚轮21的转轴L沿圆周方向连续延伸的环槽211，环槽211将超声滚焊滚轮21的外周面分隔为第一工作面212和第二工作面213。激光焊接系统包括激光头3，该激光头3能够被保持为以下姿态：激光头3发射的激光束在工作台1上的光斑落在环槽211在工作台1上的正投影或其延伸线上。激光头3能与超声滚焊滚轮21相对于工作台1同步平移。

工作台1上用于放置和固定待焊工件5。工件材料可为铝、铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金、和碳纤维板。焊接形式可以是上述材料的同种或异种连续缝焊。工作台1的上方设有超声焊接系统2的超声滚焊滚轮21和激光焊接系统的激光头3。激光焊接系统的功率范围可以为500-20000W，优选范围为1000-10000W；超声滚焊功率范围为2000-6000W，优选范围为4000-6000W。超声滚焊滚轮21是可转动的，且与工作台1及工作台1上的工件5可相对平移。将工件5放置在超声滚焊滚轮21的下方，保持工件5的焊缝垂直于超声滚焊滚轮21的转动轴线。焊接区域的扩张方向被定义为焊接方向。

在焊接操作过程中，超声滚焊滚轮21对工件5表面施加一压力，而造成超声滚焊滚轮21相对地在工件5表面沿着焊接方向滚动式平移。现有的焊接滚轮外周面为完整的工作面，在滚焊中，该工作面在工件5表面压过的路径形成一道直线形焊接区。与现有的焊接滚轮不同的是，如图2所示，本实施例的超声滚焊滚轮21的外周面设有环槽211，该环槽211造成本实施例的超声滚焊滚轮21的外周面不再是一个完整的工作面，而是以环槽211作为分界的第一工作面212和第二工作面213。在滚焊时，请参考图3，第一工作面212和第二工作面213分别与工件5接触，分别形成对应的第一超声滚焊区41和第二超声滚焊区42，而第一超声滚焊区41和第二超声滚焊区42之间为超声未焊区43。环槽211以超声滚焊滚轮21的转轴L为中心圆周延伸，即环槽211呈以滚轮转轴L为轴心的圆环状，故超声滚焊滚轮21围绕该轴心滚动形成的超声未焊区43呈直线形。

激光头3发射的激光束能够落在环槽211在工作台1上的正投影或其延伸线上。正投影是指平行投射线垂直于投影面。在本实施例中，投影面为工作台1台面。环槽211在工作台1上的正投影长度等于超声滚焊滚轮21的外径，宽度等于环槽211的宽度，如图12中AB段。环槽211在工作台1上的正投影延伸线为AB段向两侧延伸线(如图中虚线部分所示)。当工作台1上定位放置工件5时，AB段及其延伸线对应于工件上形成的超声未焊区43。由于激光束的光斑能够落在AB段及其延伸线，也就是说，当工作台1上定位放置工件5时，激光束的光斑落在工件5的超声未焊区43，进而激光头在平移时能够对超声未焊区43进行激光连续焊，形成第一激光旱区44。

激光头能与超声滚焊滚轮相对于工作台同步平移，即激光头和超声滚焊滚轮能够相对于工作台向着相同方向、以相同速度平移。激光头和超声滚焊滚轮能够相对于工作台平移，即可以是激光头和超声滚焊滚轮移动而工作台静止，也可以是工作台移动而激光头和超声滚焊滚轮静止。以激光头和超声滚焊滚轮移动而工作台静止为例，激光头和超声滚焊滚轮能够同步地从焊缝的起点以相同的速度沿着焊接方向平移至焊缝终点。当一工件焊接结束后，激光头和超声焊接滚轮还能够返回到起点，进行下一工件的焊接。

本实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备还搭配了激光焊接系统。请参考图1，该激光焊接系统包括激光头3。激光头3可以采用本领域适用的焊接用激光头3，如CO₂气体激光器或光纤、DISC、YAG等固体激光器中的一种。激光头3发射的高能量密度的激光在工件5表面的光斑恰好落在环槽211在工件5表面正投影或者其延长线上。换而言之，激光光斑落在第一超声滚焊区41与第二超声滚焊区42之间，也即落在超声未焊区43。当激光头3与超声滚焊滚轮21同步平移时，激光滚焊滚轮与激光头3平移速度和方向相同。在超声滚焊滚轮21生成超声滚焊区的同时，激光头3发射出的激光的会在超声未焊区43的全部或部分区域进行激光连续焊接，进而在超声未焊区43的全部或部分区域内形成激光焊缝，即形成图7所示的第一激光旱区44。具体来说，第一激光旱区44可与完全覆盖超声未焊区43，也可以比超声未焊区43的宽度窄。

在一实施例中，激光头3设置环槽211在工作台1上正投影或其延伸线的的上方，激光头3发射的激光束垂直于超声滚焊滚轮21的转轴L。结合激光头3位置，可选择激光发射方向为垂直向下、偏向超声滚焊滚轮21方向倾斜或偏离超声滚焊滚轮21方向倾斜。举例来说，在优选实施例中，请参考图4，激光头3设置在环槽211在工作台1上的正投影的延伸线的上方，且偏离超声滚焊滚轮21上方的位置，当激光头3适当倾斜时，可以使激光束的发射方向偏向超声滚焊滚轮21倾斜，并沿环槽211的切向无干涉地穿越环槽211，照射在激光滚焊滚轮21的下方。定义焊接方向为向前，以此为参考，激光头3可以位于超声滚焊滚轮21前方并向后方倾斜，即激光头前置后倾，如图5所示；激光头3也可以位于超声滚焊滚轮21的后方并向前方倾斜，即激光头3后置前倾，如图6所示。进一步地，激光头3的激光束与工作台1的夹角α为60°-120°。

在一实施例中，环槽211的深度≥2mm，0.8≤宽度≤10mm。

对于激光束垂直地照射环槽211正投影延伸线上，或者激光束发射方向远离超声滚焊滚轮21的情形，激光束在工件5上的光斑到超声焊合部位具有一定的距离。在这些情形下，超声焊合与激光焊合存在一定的时间差，即在相同部位，两侧形成超声焊点，过了一定时间后，再于两个超声焊点之间形成激光焊点；或者在相同部位，先形成激光焊点，过了一定时间后，再于激光焊点两侧形成超声焊点。

在一实施例中，激光头3没有设置在焊接区域的正上方，而是偏向焊接区域一侧。在该实施例中，可以通过设定激光头3的倾斜角度，使激光束的光斑落在超声未焊区43。但是不管如何调整激光头3的倾斜角度，都无法做到如图4所示实施例那样激光焊合部位尽可能地靠近超声焊合部位。

工作台1与超声滚焊滚轮21及激光头3能够相对运动。在一个实施例中，工作台1是固定的，超声滚焊滚轮21和激光头3可以在焊接方向上运动，也即超声滚焊滚轮21在工件5上滚动，激光头3发射的激光在工件5上扫描。超声焊接系统2与驱动机构(图中未示出)相连，激光头3安装在超声滚焊系统或驱动机构上。驱动机构至少在焊接方向上可线性运动。驱动机构可以使超声滚焊系统运动，进一度地，超声滚焊滚轮21和激光头3将随之移动，从而在工件5上形成连续的焊缝。在一实施例中，超声滚焊滚轮21和激光头3是固定的，而工作台1被构造成在焊接方向上可移动。举例来说，工作台1为数控三轴工作台1，它可以在数控系统的控制下，在三维空间内运动。当工作台1沿焊接方向运动时，固定在工作台1上的工件5一起运动，超声滚焊滚轮21和激光头3射出的激光在工件5上形成连续的焊缝。

在一实施例中，超声焊接系统2包括超声滚焊滚轮21、超声波发生器22、换能器23、变幅杆24、致动器25和滚焊机架(图中未示出)。超声波发生器22用于将输入的交流电转换成高频交流电信号。换能器23用于将所述高频电信号转换成机械振动。变幅杆24的一端连接超声滚焊滚轮21，另一端连接换能器23，能够将机械振动的质点位移或速度放大，并将超声波能量集中在较小的面积上聚能，可起到调节振幅的作用。致动器25用于对变幅杆24施加向下压力。换能器23、变幅杆24、致动器25安装在滚焊机架上。在超声滚焊滚轮21和激光头3可运动的实施例中，滚焊机架安装在驱动机构上，激光头安装在滚焊机架或者驱动机构上。超声滚焊滚轮21同轴地设置在变幅杆24的一端，并被设置为可围绕中心轴旋转。超声滚焊滚轮21的外周面为与待焊工件5接触的工作面。在进行超声滚焊操作时，将两个待焊部位放在超声滚焊滚轮21的下方，且焊缝沿着垂直于超声滚焊滚轮21的转轴L方向延伸。工件5与超声滚焊滚轮21在焊缝方向上相对运动时，超声滚焊滚轮21在工件5上滚动，同时将压力和高频振动传递给工件5。

在一实施例中，设备包括数控系统。数控系统与超声焊接系统2和激光焊接系统连接，用于控制超声滚焊系统和激光焊接系统执行超声滚焊和激光连续焊的操作，包括超声波发生器产生高频信号、超声滚焊滚轮21下压和转动、激光焊接系统发出激光束等。在工作台1固定、超声滚焊滚轮21和激光头3可移动的实施例中，数控系统还与驱动机构连接，以控制驱动机构带动超声滚焊轮，在焊接方向上移动。在超声滚焊滚轮21和激光头3固定、工作台1可移动的实施例中，数控系统控制数控三轴工作台1携带工件5直线移动。

实施例2

图8为另一实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备的构成示意图。图9显示了两套超声焊接系统的超声滚焊滚轮示意图。图10显示了图9所示两超声滚焊滚轮形成的超声滚焊区和超声未焊区示意图。图11为图8所示超声-激光同步复合连续缝焊设备在工件上形成的焊缝示意图。图13为图9所示的两超声滚焊滚轮的间隙在工作台上的正投影的俯视图。

请参考图8，该实施例的超声-激光同步复合连续缝焊设备包括工作台1'、两套超声焊接系统2'和一套激光焊接系统。请参考图9，每套超声焊接系统2'包括超声滚焊滚轮21'，两套超声焊接系统2'的超声滚焊滚轮21'同轴设置，两超声滚焊滚轮21'之间设有形成一间隙211'。激光焊接系统包括激光头3'，激光头3'至少能够被保持为以下姿态：激光头3'发射的激光束在工作台1'上的光斑落在间隙211'在工作台1'上的正投影或其延伸线上。激光头3'与超声滚焊滚轮21'能相对于工作台1'同步平移。

工作台1'上用于放置和固定待焊工件5'。工作台1'的上方设有超声焊接系统2'的超声滚焊滚轮21'和激光焊接系统的激光头3'。超声滚焊滚轮21'是可转动的，且与工作台1'及工作台1'上的工件5'可相对平移。将工件5'放置在超声滚焊滚轮21'的下方，保持工件5'的焊缝垂直于超声滚焊滚轮21'的转动轴线。焊缝的扩展方向被定义为焊接方向。

在焊接操作过程中，超声滚焊滚轮21'对工件5'表面施加一压力，而造成超声滚焊滚轮21'相对地在工件5'表面沿着焊接方向滚动式平移。请参考图9，本实施例的两个超声滚焊滚轮21'有间隔地同轴设置，其中一个超声滚焊滚轮21'外周面具有第三工作面212'，另一个超声滚焊滚轮21'的外周面为第四工作面213'。再结合图10，在滚焊时，两超声滚焊滚轮21'分别同步在工件5'表面滚动，第三工作面212'与第四工作面213'分别与工件5'接触，而分别形成对应的第三超声滚焊区41'和第四超声滚焊区42'，而由于两超声滚焊滚轮21'之间具有间隙211'，造成第三超声滚焊区41'和第四超声滚焊区42'之间为第二超声未焊区43'。

激光头3'发射的激光束能够落在间隙211'在工作台1'上的正投影或其延伸线上。间隙211'在工作台1'上的正投影长度等于超声滚焊滚轮21的外径，宽度等于间隙211'的宽度，如图13中的CD段。间隙211'在工作台1上的正投影延伸线为CD段向两侧延伸线(如图中虚线部分所示)。当工作台1上定位放置工件5时，CD段及其延伸线对应于工件上形成的第二超声未焊区43'。由于激光束的光斑能够落在CD段及其延伸线，也就是说，当工作台1上定位放置工件5时，激光束的光斑落在工件5的第二超声未焊区43'，进而激光头在平移时能够对第二超声未焊区43'进行激光连续焊，形成如图11所示的第二激光旱区44'。第二激光旱区44'可与完全覆盖超声未焊区43'，也可以比超声未焊区43'的宽度窄。

在一实施例中，激光头3'设置在焊缝区域的正上方，激光头3'发射的激光束垂直于超声滚焊滚轮21'的转轴。结合不同激光头3'位置，可选择激光发射方向为垂直向下、向靠近超声滚焊滚轮21'方向倾斜或向远离超声滚焊滚轮21'方向倾斜。举例来说，在优选实施例中，请参考图5，激光头3'设置在超声滚焊滚轮21'上方的位置，激光束沿垂直于工作台1'的方向无干涉地穿越间隙211'。进一步地，激光头3'的激光束沿间隙211'的直径方向穿越间隙211'。超声滚焊滚轮21'的振动能量从超声滚焊滚轮21'的第三工作面212'和第四工作面213'的底部与工作台1'上的工件5'相接触的部位向工件5'传递，所以该接触部位是材料发生超声焊合的部位。激光头3'发射的激光束沿着间隙211'的直径穿越间隙211'，此时激光束的光斑落在超声滚焊滚轮21'最下端附近，更有利于激光束的光斑靠近该接触部位，使超声焊合与激光焊合同步发生。在一实施例中，两超声滚焊滚轮21'之间的间隙211'宽度满足0.8≤宽度≤10mm。优选地，间隙211'宽度满足1.0≤宽度≤5.0mm。

工作台1'与超声滚焊滚轮21'及激光头3'能够相对运动。在一个实施例中，工作台1'是固定的，两套超声滚焊滚轮21'和激光头3'可以同步平移，即两超声滚焊滚轮21'及激光头3'以相同速度和方向平移。在平移时，超声滚焊滚轮21'在工件5'上滚动，激光头3'发射的激光在工件5'上扫描。两套超声焊接系统2'与驱动装置(图中未示出)相连，激光头3'连接超声焊接系统2'的机架(图中未示出)，或者连接驱动装置。驱动装置至少在焊接方向上可线性运动。当驱动装置移动时，两超声滚焊滚轮21'和激光头3'将以与驱动装置相同的速度和方向平移，从而在工件5'上形成连续的焊缝。在一实施例中，两超声滚焊滚轮21'和激光头3'是固定的，而工作台1'被构造成在焊接方向上可移动。举例来说，工作台1'为数控三轴工作台1'，它可以在数控系统的控制下，在三维空间内运动。当工作台1'沿焊接方向运动时，固定在工作台1'上的工件5'一起运动，两超声滚焊滚轮21'和激光头3'射出的激光在工件5'上形成连续的焊缝。

请参考图8，两套超声滚焊系统除了包含超声滚焊滚轮21'，还进一步包含变幅杆22'、致动器23'、换能器24'、超声波发生器25'以及机架(图中未示出)。关于超声滚焊系统的类似配置前文已叙及，此处不在赘述。

在一实施例中，设备包括数控系统6'。数控系统6'与超声焊接系统2'和激光焊接系统连接，用于控制超声滚焊系统和激光焊接系统执行超声滚焊和激光连续焊的操作，这些操作包括但不限于超声波发生器25'产生高频信号、超声滚焊滚轮21'下压和转动、激光焊接系统发出激光束等。在工作台1'固定、超声滚焊滚轮21'和激光头3'可移动的实施例中，数控系统6'还与驱动装置连接，以控制驱动装置带动两超声滚焊滚轮、激光头同步平移。在超声滚焊滚轮21'和激光头3'固定、工作台1'可移动的实施例中，数控系统控制数控三轴工作台1'携带工件5'直线移动。

实施例3

在本公开的其他实施例中，请参考图14，工作台可以包含下超声滚焊滚轮21”，下超声滚焊滚轮21”为超声振动驱动的圆形带齿滚轮。该下超声滚焊滚轮21”位于超声滚焊滚轮21、21'的下方。在焊接过程中，下超声滚焊滚轮21”同时发出超声波振动。

实施例4

根据本公开的另一个方面，提供一种超声-激光同步复合连续缝焊方法，包括以下步骤：

提供超声-激光同步复合连续缝焊设备，该设备包括一超声焊接系统和一激光焊接系统，所述超声焊接系统包括一超声滚焊滚轮，该超声滚焊滚轮的外周面设有环绕超声滚焊滚轮的转轴沿圆周方向连续延伸的环槽，环槽将超声滚焊滚轮的外周面分隔为第一工作面和第二工作面，所述激光焊接系统包括激光头，该激光头能够被保持为以下姿态：激光头发射的激光束在工作台上的光斑落在环槽在工作台上的正投影或其延伸线上，且激光头与超声滚焊滚轮能相对于工作台同步平移；

将待焊工件放置于加工平台上并固定；

设置工艺参数；

同时启动超声滚焊和激光连续焊，使超声滚焊滚轮及激光头同步地相对于工件直线运动，通过超声滚焊形成第一超声滚焊区41和第二超声滚焊区42，通过激光连续焊在两排滚焊区之间进行同步连续焊接形成第一激光焊区44。

在一方法实施例中，激光头设置在环槽在工作台上正投影的延伸线的上方，且偏离超声滚焊滚轮上方的位置，激光束的发射方向偏向超声滚焊滚轮的方向倾斜，并沿环槽的切向无干涉地穿越环槽，照射在激光滚焊滚轮的下方。

实施例5

根据本公开的一个方面，提供超声-激光同步复合连续缝焊方法，包括以下步骤：

提供超声-激光同步复合连续缝焊设备，该设备包括工作台、两套超声焊接系统和一套激光焊接系统，每套超声焊接系统包括超声滚焊滚轮，两套超声焊接系统的超声滚焊滚轮同轴设置，两超声滚焊滚轮之间设有形成一间隙，激光焊接系统包括激光头，激光头能够被保持为以下姿态：激光头发射的激光束在工作台上的光斑落在间隙在工作台上的正投影或其延伸线上，激光头与超声滚焊滚轮能相对于工作台同步平移；

设置工艺参数；

调节激光头改变激光束的入射角度，使激光束穿过两超声滚焊滚轮之间的间隙；

同时启动超声滚焊系统和激光焊接系统，使超声滚焊滚轮及激光头同步地相对于工件直线运动，通过超声滚焊形成第三超声滚焊区41'和第四超声滚焊区42'，通过激光连续焊在两排滚焊区域之间进行连续焊接形成第二激光焊区44'。

在一方法实施例中，激光头设置在间隙的上方位置，激光束垂直于工作台沿间隙的直径方向无干涉地穿越缝隙。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，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。

Claims (10)

1.超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，包括：

工作台；

超声焊接系统，包括超声滚焊滚轮，所述超声滚焊滚轮的外周面设有环绕所述超声滚焊滚轮的转轴沿圆周方向连续延伸的环槽，所述环槽将所述超声滚焊滚轮的外周面分隔为第一工作面和第二工作面；以及

激光焊接系统，包括激光头，所述激光头至少能够被保持为以下姿态：所述激光头发射的激光束在所述工作台上的光斑落在所述环槽在所述工作台上的正投影或其延伸线上；所述激光头能与所述超声滚焊滚轮相对于所述工作台同步平移。

2.根据权利要求1所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述激光头设置在所述环槽在所述工作台上正投影的延伸线的上方，且偏离所述超声滚焊滚轮的上方的位置，激光束的发射方向向着偏向所述超声滚焊滚轮的方向倾斜，并沿所述环槽的切向无干涉地穿越所述环槽，照射在所述激光滚焊滚轮的下方。

3.根据权利要求2所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述激光头的倾斜角度被构造成使所述激光头发出的激光束与所述工作台面的夹角为60°-120°。

4.根据权利要求1所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述环槽的深度≥2mm，0.8≤宽度≤10mm。

5.根据权利要求1所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，包括驱动装置，所述超声焊接系统连接所述驱动装置，所述激光头连接所述超声焊接系统或所述驱动装置，所述驱动装置在焊接方向上可移动。

6.根据权利要求1所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述工作台在焊接方向上可移动，所述激光焊接系统和所述超声焊接系统在焊接方向上固定。

7.根据权利要求1-6任一项所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述工作台包含位于所述超声滚焊滚轮下方的下超声滚焊滚轮，所述下超声滚焊滚轮为工作时被施加超声振动的圆形带齿滚轮。

8.超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，包括：

工作台；

两套超声焊接系统，每套所述超声焊接系统包括超声滚焊滚轮，两套所述超声焊接系统的超声滚焊滚轮同轴设置，两所述超声滚焊滚轮之间设有形成一间隙；以及

激光焊接系统，包括激光头，所述激光头至少能够被保持为以下姿态：所述激光头发射的激光束在所述工作台上的光斑落在所述间隙在所述工作台上的正投影或其延伸线上；所述激光头与所述超声滚焊滚轮能相对于所述工作台同步平移。

9.根据权利要求8所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述激光头设置在所述间隙的上方，所述激光头发射的激光束垂直于所述工作台、沿间隙的直径方向无干涉地穿越所述间隙，所述激光头的激光束通过所述超声滚焊滚轮的转轴的延伸线。

10.根据权利要求8或9所述的超声-激光同步复合连续缝焊设备，其特征在于，所述工作台包含位于所述超声滚焊滚轮下方的下超声滚焊滚轮，所述下超声滚焊滚轮为工作时被施加超声振动的圆形带齿滚轮。