專利名稱：旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光－mig電弧復(fù)合焊接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭。
背景技術(shù)：
目前存在的激光-電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA等幾種。通過激光與電弧的相互影響，可克服單種方法自身的不足，進(jìn)而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。復(fù)合加工時(shí)，激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定，提高加工效率。
現(xiàn)在復(fù)合焊接加工中的激光焦點(diǎn)都是固定的，工藝中遇到的問題主要是由于激光光束直徑很細(xì)，焦點(diǎn)直徑很小，焊縫橋聯(lián)能力很差，要求坡口裝配間隙小于0.5mm，跟蹤精度要求高，同時(shí)在尚未形成熔池時(shí)熱效率很低，焊縫橋聯(lián)能力很差。與此同時(shí)，由于固定焦點(diǎn)對(duì)電弧沒有攪拌作用，熔化極的電弧頂端與工件之間的電弧不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生缺陷。熔化極的電弧中心和激光焦點(diǎn)的相對(duì)位置要求比較嚴(yán)格，在工程中很難保證。固定焦點(diǎn)的激光焊接中，激光對(duì)添加絲焊是很敏感的，因此不利于焊接過程的穩(wěn)定。由于金屬對(duì)激光的反射率較大，所以激光的利用率較低，進(jìn)一步提高加工效率受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明人積多年從事本領(lǐng)域工作的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)研究論證，終得本發(fā)明的產(chǎn)生；本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭，其特征在于其主要包括兩部分，一是激光焊接的雙焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)部分，另一部分是MIG電弧焊部分，連接板將焊接激光頭與MIG電弧焊的焊槍連接起來，送絲機(jī)固定在連接板上，送絲機(jī)的下面連接的是送絲軟管，與送絲軟鵝頸相連，焊絲經(jīng)由送絲軟管和導(dǎo)電嘴進(jìn)入鵝頸里面；在鵝頸的端部通過螺紋連接一個(gè)保護(hù)嘴，焊絲從保護(hù)嘴中出來與焊縫形成一定的角度，連接板的中部下方連接著旋轉(zhuǎn)臺(tái)，通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)可以使下部的反射腔帶動(dòng)激光焊接嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過上連接筒和反射腔連接，激光通過上連接筒進(jìn)入反射腔，在反射腔的左右兩端都安裝有調(diào)整鏡架，調(diào)整鏡架上固定著反射鏡，反射腔的下端通過下連接筒和升降連接筒相連，它的下端固定著激光焊接嘴，通過調(diào)節(jié)升降連接筒可以調(diào)節(jié)激光焊接嘴的高度。
通過激光焊接頭的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)激光焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在連接板上，其電機(jī)軸和連接副相連接，連接副的軸承套固定在反射腔上面。
連接副是一種把滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合在一體的連接副，調(diào)整鏡架是有兩個(gè)軸可以調(diào)節(jié)俯仰的支架結(jié)構(gòu)。
高度微調(diào)裝置是由升降調(diào)節(jié)筒和激光焊接嘴構(gòu)成的，升降調(diào)節(jié)筒的內(nèi)環(huán)有螺紋，它與激光焊接嘴是周向固定。
本發(fā)明是在充分利用旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光焊接的同時(shí)采用MIG電弧焊，這樣可以先熔化焊件的表面氧化層，在照射激光，就能提高工件對(duì)激光的吸收能力；激光照射到焊口后，MIG焊熔深又加上激光焊熔深，這樣就使熔深增大；同時(shí)MIG的電弧借助激光引起的等離子體得以穩(wěn)定因此，旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光焊接和MIG電弧焊相結(jié)合，可以大大提高激光焊接工藝性能，同時(shí)可以降低裝配精度的要求，使它在更為廣泛的領(lǐng)域中得到利用。同時(shí)可以通過焊絲成分、直徑及送絲速度等參數(shù)的變化來對(duì)焊縫金屬和合金系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查，以防止焊接裂紋的產(chǎn)生。這在焊接裂紋傾向較大的中、厚板時(shí)尤為有利，填充焊絲激光焊接技術(shù)在鈦、鋁合金中、厚板焊接領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
通過本發(fā)明使焊接工藝得到大幅度改善。其主要優(yōu)點(diǎn)如下1、焊接線能量輸入密度可以有效調(diào)整；2、增加了焊接熱輸入?yún)^(qū)域的寬度，它可以滿足不同尺寸裝配的需要；3、對(duì)焊接熔池的攪拌進(jìn)行控制，改善焊接過程；4、與單焦點(diǎn)相比，雙焦點(diǎn)焊接頭可在焊縫截面上形成兩個(gè)能量峰值有效改善熱影響區(qū)缺陷發(fā)生；5、與固定焦點(diǎn)激光頭相比，旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)可以在焊絲尖端擺動(dòng)，降低由于焊絲熔化不均勻所引起的焊接缺陷。
6、有利于激光能量的吸收，使焊接速度得到提高；7、MIG電弧焊去除工件表面氧化層，降低工件焊前處理的要求。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要包括兩部分，一是激光焊接的雙焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)部分，另一部分是MIG電弧焊部分。
如圖1所示，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭連接板5它的作用是將焊接激光頭與MIG電弧焊的焊槍連接起來。送絲機(jī)6它固定在連接板5上，為MIG電弧焊輸送焊絲。送絲機(jī)6的下面連接的是送絲軟管4，送絲軟鵝頸2相連，焊絲經(jīng)由送絲軟管4和導(dǎo)電嘴3進(jìn)入鵝頸2里面。在鵝頸2的端部通過螺紋連接一個(gè)保護(hù)嘴1，焊絲從保護(hù)嘴1中出來與焊縫形成一定的角度。連接板5的中部下方連接著旋轉(zhuǎn)臺(tái)9，通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)9的旋轉(zhuǎn)可以使下部的反射腔12帶動(dòng)激光焊接嘴轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)9通過上連接筒8和反射腔12連接，激光通過上連接筒8進(jìn)入反射腔。在反射腔的左右兩端都安裝有調(diào)整鏡架13，調(diào)整鏡架上固定著反射鏡7。反射鏡7可以通過調(diào)整鏡架13的調(diào)節(jié)來進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，使之滿足激光反射的要求。反射腔12的下端通過下連接筒14和升降連接筒15相連，它的下端固定著激光焊接嘴16，通過調(diào)節(jié)升降連接筒15可以調(diào)節(jié)激光焊接嘴16的高度。
通過激光焊接頭的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)激光焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)10固定在連接板5上，其電機(jī)軸和連接副11相連接，連接副11的軸承套固定在反射腔12上面。
下面將對(duì)雙焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。連接副11是一種把滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合在一體的連接副，這樣在電機(jī)10的帶動(dòng)下整個(gè)反射腔可以帶動(dòng)激光焊接嘴相對(duì)于連接板5作繞豎直軸的擺動(dòng)。與此同時(shí)，連接板5帶動(dòng)整個(gè)焊接頭(包括激光焊接和MIG焊接部分)沿焊縫運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成使激光雙焦點(diǎn)將在焊縫附近作類橢圓的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過合理的控制電機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并且配合一定的焊接速度，這樣就可以得到不同的焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)形式，適合于不同的焊接要求。
反射腔12左右兩端的反射鏡7在安裝過程中不能完全滿足對(duì)中的精度要求，因此，它們的俯仰就需要通過調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整鏡架13是有兩個(gè)軸可以調(diào)節(jié)俯仰的支架結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)俯仰時(shí)，反射鏡將相對(duì)于套筒進(jìn)行微小的擺動(dòng)。
高度微調(diào)裝置是由升降調(diào)節(jié)筒15和激光焊接嘴16構(gòu)成的。升降調(diào)節(jié)筒15的內(nèi)環(huán)有螺紋，它與激光焊接嘴16是周向固定，這樣旋轉(zhuǎn)升降連接筒15時(shí)激光焊接嘴16就可在豎直方向上通過螺紋上下移動(dòng)，從而來進(jìn)行高度的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明能自由的改變焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)的偏心矩、以及旋轉(zhuǎn)的速度。而這些參數(shù)的改變不會(huì)影響激光焦點(diǎn)的性能，這是本激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和設(shè)計(jì)的獨(dú)到之處。盡管焦點(diǎn)是在動(dòng)態(tài)的的改變，可是它自身的一切本質(zhì)參數(shù)均不發(fā)生變化，其中像焦點(diǎn)直徑，焦點(diǎn)能量，焦點(diǎn)模式，焦點(diǎn)本身的能量密度分布等。于此同時(shí)，MIG電弧焊的電極不隨激光焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)而選擇，電極始終和激光的焦點(diǎn)保持相對(duì)的位置不變。而且電極與工件的焊縫成一定的角度，可以形成電弧的吹弧現(xiàn)象，去除焊接工件表面的氧化層，有利于焊接過程更穩(wěn)定的進(jìn)行。
綜上所述，是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭，其特征在于其主要包括兩部分，一是激光焊接的雙焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)部分，另一部分是MIG電弧焊部分，連接板將雙焦點(diǎn)激光頭與MIG電弧焊的焊槍連接起來，送絲機(jī)固定在連接板上，送絲機(jī)的下面連接的是送絲軟管，與送絲軟鵝頸相連，焊絲經(jīng)由送絲軟管和導(dǎo)電嘴進(jìn)入鵝頸里面；在鵝頸的端部通過螺紋連接一個(gè)保護(hù)嘴，焊絲從保護(hù)嘴中出來與焊縫形成一定的角度，連接板的中部下方連接著旋轉(zhuǎn)臺(tái)，通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)可以使下部的反射腔帶動(dòng)激光焊接嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過上連接筒和反射腔連接，激光通過上連接筒進(jìn)入反射腔，在反射腔的左右兩端都安裝有調(diào)整鏡架，調(diào)整鏡架上固定著反射鏡，反射腔的下端通過下連接筒和升降連接筒相連，它的下端固定著激光焊接嘴，通過調(diào)節(jié)升降連接筒可以調(diào)節(jié)激光焊接嘴的高度。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭，其特征在于通過雙焦點(diǎn)激光焊接頭的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)激光焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在連接板上，其電機(jī)軸和連接副相連接，連接副的軸承套固定在反射腔上面。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭，其特征在于連接副是一種把滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合在一體的連接副，調(diào)整鏡架是有兩個(gè)軸可以調(diào)節(jié)俯仰的支架結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-MIG電弧復(fù)合焊接頭，其特征在于高度微調(diào)裝置是由升降調(diào)節(jié)筒和激光焊接嘴構(gòu)成的，升降調(diào)節(jié)筒的內(nèi)環(huán)有螺紋，它與激光焊接嘴是周向固定。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光－MIG電弧復(fù)合焊接頭，其主要包括兩部分，一是雙焦點(diǎn)激光焊接的旋轉(zhuǎn)部分，另一部分是MIG電弧焊送絲部分，連接板將雙焦點(diǎn)激光頭與MIG電弧焊的焊槍連接起來，送絲機(jī)固定在連接板上，送絲機(jī)的下面連接的是送絲軟管，焊絲經(jīng)由送絲軟管和導(dǎo)電嘴進(jìn)入鵝頸里面；在鵝頸的端部連接保護(hù)嘴，連接板的中部下方連接著旋轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過上連接筒和反射腔連接，在反射腔的左右兩端都安裝有調(diào)整鏡架，調(diào)整鏡架上固定著反射鏡，反射腔的下端通過下連接筒和升降連接筒相連，它的下端固定著激光焊接嘴；本發(fā)明是在充分利用旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光焊接的同時(shí)采用MIG電弧焊，旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光焊接和MIG電弧焊相結(jié)合，可以大大提高激光焊接工藝性能，同時(shí)可以降低裝配精度的要求，使它在更為廣泛的領(lǐng)域中得到利用。
文檔編號(hào)B23K28/02GK1586788SQ200410069000
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者汪蘇, 鞏水利, 李曉輝, 陳光輝, 郇極, 巴瑞章 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所