專利名稱：用于t型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接裝置，在使用激 光-電弧同步焊時，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)激光與電弧的同步運動，適用于各種材料 T型接頭兩側(cè)對稱焊接，如鋁合金加筋壁板T型接頭的焊接。
背景技術(shù)：
在飛機、汽車和機車車輛等制造業(yè)中，為了減輕運載工具的自重，提高運載 能力，越來越多地釆用輕金屬合金與薄壁型輕量化結(jié)構(gòu)。尤其在飛機蒙皮、壁 板的制造中，采用焊接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接工藝，減重效果顯著。因此，蒙皮與骨 架組成的T型連接結(jié)構(gòu)件成為設(shè)計的主流，且許多為大尺寸結(jié)構(gòu)件。
傳統(tǒng)的焊接方法主要是氬弧或電子束焊接。電弧的能量發(fā)散，深寬比小，能 量利用率低，若單獨使用，焊縫寬接頭強度相對較低，而電子束缺點是受真空 室的限制。激光具有能量密度高，深寬比大，熱影響區(qū)窄，變形小，焊接速度 快，不受真空室限制以及易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，成為當(dāng)前此類結(jié)構(gòu)件連接最 有潛力的加工手段。目前A3XX系列飛機乃至當(dāng)前最大的A380飛機的機身蒙皮 與內(nèi)撐梁組成的T型接頭已采用激光焊接技術(shù)，無論從焊縫質(zhì)量還是焊接效率 都較原來的弧焊工藝大大提高。
激光焊接T型接頭目前公知的方法一般為1、用單一激光束從T型接頭底 板進行穿透焊，這種方法對裝配間隙較嚴(yán)，搭焊面熔合直徑較小，焊縫的剪切 強度低。2、采用單激光或雙光束填絲或填粉技術(shù)分別從接頭的兩側(cè)順序焊，由 于焊接熱源不對稱，容易產(chǎn)生變形；而且對焊絲指向性和焊接工藝要求極嚴(yán)， 焊接過程不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生氣孔、咬邊、未熔合等缺陷，焊縫成形差。3、利用 雙光束(有兩種方式， 一種由一臺高功率的激光器采用分光鏡分束實現(xiàn)，但調(diào)焦 裝配困難，位置精度要求高；而另一種由兩臺激光器構(gòu)成雙光束，同步控制困 難，設(shè)備復(fù)雜)激光分別從T型接頭兩側(cè)同步焊接，如專利ZL200410069245.6， 或用激光雙電弧雙面焊復(fù)合焊，如申請?zhí)枮?00810064589. 6的專利申請，雖然 可以提高焊接效率，容易控制變形，但焊接工藝復(fù)雜，控制困難，成本較高。 因此可采用一種T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接方法，但該方法需設(shè)計兩側(cè)同步焊裝置，目前還未有該種方法所用裝置。
實用新型內(nèi)容
本實用新型提供了一種用于T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接裝置，在使用 T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊方法，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)激光與電弧的同步定位。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案。本裝置包括連接導(dǎo)光 桶塊、長度定位螺桿、位置調(diào)節(jié)連桿、方向調(diào)節(jié)塊、由絕緣材料制成的用于固 定電弧焊槍的電弧焊槍夾塊、以及送絲夾具。其中連接導(dǎo)光桶塊的一端用于 固定能夠發(fā)出激光束的導(dǎo)光桶，連接導(dǎo)光桶塊的另一端和長度定位螺桿通過螺 絲連接并且二者之間能夠自由旋轉(zhuǎn)，螺絲擰緊二者固定；位置調(diào)節(jié)連桿上設(shè)置 有通槽孔，長度定位螺桿能夠在通槽孔內(nèi)移動，并能夠通過兩側(cè)的螺母固定。 方向調(diào)節(jié)塊的兩端分別與位置調(diào)節(jié)連桿和電弧焊槍夾塊相連，其連接方式與連 接導(dǎo)光桶塊和長度定位螺桿之間的連接方式相同。送絲夾具與電弧焊槍夾塊通 過螺絲相連，位置確定后通過擰緊螺絲使二者固定。
使用時，電弧焊槍固定在電弧焊槍夾塊上，用于發(fā)出激光束的導(dǎo)光桶固定在 連接導(dǎo)光桶塊上，通過調(diào)節(jié)各部分的螺絲及長度定位螺桿在位置調(diào)節(jié)連桿的通 槽孔中的位置，當(dāng)達到焊接角度的要求后，擰緊各部分的螺絲及螺母，使各部 分之間相對位置固定。焊接時，激光束和電弧焊槍分別布置在立板的兩側(cè)，由 激光束的運動實現(xiàn)兩側(cè)同步填絲焊接。
待焊工件由T型接頭夾具裝卡，該T型夾具主要有底座、橫梁、螺柱及螺 母組成。將螺柱放入底座上的凹槽里(距離可移動)，把底板放在底座上，立板 放于橫梁下側(cè)凹槽內(nèi)，押在底板上，緊固螺母固定待焊工件。其中底座上的凹 槽有一段為通槽，可焊接十字架結(jié)構(gòu)。該夾具兩側(cè)無支架裝卡方便靈活，又能 焊接十字架結(jié)構(gòu)。
本實用新型具有如下優(yōu)點本裝置具有四個角度調(diào)節(jié)、兩個長度調(diào)節(jié)，所以 可在一定范圍內(nèi)任意空間定位，實現(xiàn)激光與電弧的同步運動。

圖1為本實用新型的激光-電弧兩側(cè)同步焊原理示意圖
圖2為圖1的截面示意圖 圖3為定位裝置示意圖圖4為T型接頭夾具示意圖
圖5為T型接頭單一激光順序焊的焊縫
圖6為激光-電弧兩側(cè)同步焊接的焊縫
圖中l(wèi).底板，2.立板，3.焊縫，3，.單激光第一道焊縫，3，，.單激光 第二道焊縫，4.電弧焊槍，5.激光束，6.送絲嘴，7.保護氣噴嘴，8.圓孔，9.連 接導(dǎo)光桶塊，IO.緊固螺絲，ll.長度定位螺桿，12.螺母，12'.小螺母，13.位 置調(diào)節(jié)連桿，14.方向調(diào)節(jié)塊，15.電弧焊槍夾塊(絕緣材料)，16.送絲夾具， 17.底座，18.橫梁，19.螺柱。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明
本實施例是針對T型結(jié)構(gòu)待焊工件采用激光與電弧兩側(cè)同步焊接時，專門用 來使激光束和電弧焊槍同步運動的裝置，本裝置可以在空間多個角度調(diào)節(jié)，結(jié)
構(gòu)簡單定位方便。即可滿足了電弧焊槍4定位要求，又能保持與激光的同步。
如圖3所示，本裝置包括連接導(dǎo)光桶塊9、長度定位調(diào)節(jié)ll、位置調(diào)節(jié)連桿 13、方向調(diào)節(jié)塊14、電弧焊槍夾塊15及焊絲夾具16。其中連接導(dǎo)光桶塊9 通過端部的兩個圓孔8由螺絲10連接固定在導(dǎo)光桶上，從而實現(xiàn)與激光束5同 步運動。連接導(dǎo)光桶塊9和長度定位螺桿11通過螺絲10連接，二者之間可自 由旋轉(zhuǎn)，擰緊螺絲即可將二者相對固定。方向調(diào)節(jié)塊14與焊槍夾塊15之間、 焊槍夾塊15與送絲夾具16之間的連接方式與連接導(dǎo)光桶塊9和長度定位調(diào)節(jié) ll之間的連接方式相同，都可自由調(diào)節(jié)角度，擰緊即可固定。在位置調(diào)節(jié)連桿 13上設(shè)置有通槽孔，長度定位螺桿ll設(shè)置在該通槽孔內(nèi)，長度定位螺桿ll可 在通槽孔內(nèi)移動和旋轉(zhuǎn)，通過設(shè)置在長度定位螺桿11兩端的兩個螺母12可以 調(diào)節(jié)高低及角度，位置確定后，擰緊螺母12，即可實現(xiàn)二者之間的固定。位置 調(diào)節(jié)連桿13、方向調(diào)節(jié)塊14、電弧焊槍夾塊15通過螺絲組合可以調(diào)節(jié)電弧焊 槍使其處在最佳位置。送絲夾具16有兩個角度及長短遠(yuǎn)近可調(diào)，當(dāng)定位完后反 擰小螺母12'即可固定焊絲，方便定位。定位時先根據(jù)實驗要求，由螺絲穿過 方向調(diào)節(jié)塊14內(nèi)圓孔緊固在位置調(diào)節(jié)連桿13內(nèi)的螺母上實現(xiàn)電弧焊槍4的角 度定位，然后根據(jù)電弧焊槍4的最佳位置擰緊所有緊固螺絲10即可準(zhǔn)確定位。 本裝置具有四個角度調(diào)節(jié)、兩個長度調(diào)節(jié)，所以可在一定范圍內(nèi)任意空間定位，實現(xiàn)激光與電弧的同步運動。其中角度調(diào)節(jié)由緊固螺絲io和兩個零件上的
圓孔、螺紋孔組合實現(xiàn)，當(dāng)定位完畢后擰緊緊固螺絲10即可實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。 電弧焊槍的絕緣由定位裝置中焊槍夾塊15 (絕緣材料)實現(xiàn)。 焊接時，首先對激光束5進行定位，然后將導(dǎo)光桶固定在連接導(dǎo)光桶塊9上， 電弧焊槍4固定在電弧焊槍夾塊15上，調(diào)節(jié)電弧焊槍4的位置，擰緊緊固螺絲 10，連接定位完畢，由激光側(cè)移動控制電弧與激光同步。激光束5沿T型接頭 的立板2、與底板1偏移量0. 5mm進行填絲焊接，焊絲從激光熔池的正前方送進。 電弧焊槍4在T型接頭的另一側(cè)與底板成30。 50°距離為3mm，由送絲夾具 16調(diào)節(jié)送絲位置使焊絲送至熔池的正上方。兩側(cè)所填的絲由單獨的兩套送絲機 集中控制或由雙絲送絲機分路送給實現(xiàn)。
本實用新型為了更有效保護鎢極，對電弧焊槍進行了改進。保護氣體在起弧 處成層流匯聚狀態(tài)，既能有效保護鎢極(燒損少)，而且形成的等離子體有利于 焊接。
本裝置適用于激光與激光、激光與電弧的兩側(cè)同步焊接。其中激光的類 型為C02激光器、Nd:YAG激光器、DISC激光器或光纖激光器，電弧的類型為 TIG、 MIG或等離子弧。也適用于同種材料或異種材料的T型接頭結(jié)構(gòu)的連接。
本實用新型中所使用的T型接頭夾具如圖4所示，該夾具主要有底座17、 橫梁18、螺柱19及螺母12組成。將螺柱19放入底座17上凹槽里(距離可調(diào))， 把底板1放在底座17上，立板2放于橫梁18下側(cè)凹槽內(nèi)。只需緊固螺母12即 可固定待焊工件。該夾具操作方便，兩側(cè)均無支架，有利于激光-電弧兩側(cè)同步 焊接。底座17凹槽有一段為通槽，可焊接十字架結(jié)構(gòu)。
下面給出一個應(yīng)用本實施例中的方法進行具體焊接的實例及與現(xiàn)有焊接方 法的效果對比。底板1和立板2的材質(zhì)是6061鋁合金，厚度均為3mm，組成T 型接頭。焊接時，激光的功率為2800W;采用保護氣噴嘴7， He、 Ar混合氣體比 例為3:1，激光入射角在20。 60°之間，零離焦，焊接速度為1.2m/min，送 絲方式為拖動式(絲在前，保護氣在后，從熔池的正前方送入)；電弧焊槍4通 過定位裝置(圖3)與激光器相連，電弧焊槍4角度在30。 50°之間，弧長 為3mm，采用交流焊接電流為120A;氬氣流量為8L/min，激光與電弧對稱分布 在T型接頭兩側(cè)施焊。焊接效果對比當(dāng)采用激光單側(cè)順序從T型接頭兩側(cè)施焊時，焊縫如圖5所 示。由于是單側(cè)順序施焊，前焊的一側(cè)對另一側(cè)接頭的裝配間隙產(chǎn)生影響，而 后焊一側(cè)的焊縫又對前焊一側(cè)的焊縫及應(yīng)利分布狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此接頭的裝 夾和焊接應(yīng)力變形的控制難度增大。此外激光順序施焊很難保證兩熔池熔合在
一起，產(chǎn)生的氣孔不易排出，如圖5所示，單激光第一道焊縫3'與單激光第二 道焊縫3''強度均較低。單電弧由于熱源分散熱影響區(qū)大，深寬比小無法滿足 要求。采用圖l所示的激光-電弧兩側(cè)同步焊接時，焊縫成形如圖6所示。焊接 過程中，由于激光與電弧的相互作用兩熔池合二為一，兩側(cè)同時冷卻收縮，這 樣有利于應(yīng)力和變形的控制；激光與電弧形成的小孔相互貫通，當(dāng)一側(cè)小孔由 于熔池的波動瞬時塌陷時，小孔內(nèi)的金屬蒸汽和保護氣可以從另一側(cè)的小孔外 逸，從而大大降低了氣孔；激光與電弧的相互作用提高了激光和電弧的穩(wěn)定性、 能量利用率和焊接效率；同步焊接增加了熔合面積，提高了焊縫強度；本實用 新型還能降低T型接頭底板1與立板2的裝配間隙要求。
由此可以看出，與單激光焊接T型接頭相比，通過激光與電弧的相互作用， 激光和電弧的能量利用率都明顯提高，電弧側(cè)的深寬比明顯加大，有利于焊接 過程的穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量。采用激光與電弧分別從T型接頭兩側(cè)進行同步對 稱焊接，兩側(cè)焊縫同時冷卻收縮，有利于應(yīng)力與變形的控制，焊接效率高，另 外，激光與電弧形成的小孔相互貫通，熔池合二為一，當(dāng)一側(cè)小孔由于熔池的 波動瞬時塌陷時，小孔內(nèi)的金屬蒸汽和保護氣可以從另一側(cè)的小孔外逸，從而 避免了此類氣孔的產(chǎn)生。
權(quán)利要求1、用于T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接裝置，其特征在于包括連接導(dǎo)光桶塊(9)、長度定位螺桿(11)、位置調(diào)節(jié)連桿(13)、方向調(diào)節(jié)塊(14)、由絕緣材料制成的用于固定電弧焊槍的電弧焊槍夾塊(15)、以及送絲夾具(16)；其中連接導(dǎo)光桶塊(9)的一端用于固定能夠發(fā)出激光束(5)的導(dǎo)光桶，連接導(dǎo)光桶塊(9)的另一端和長度定位螺桿(11)通過螺絲(10)連接并且二者之間能夠自由旋轉(zhuǎn)，螺絲(10)擰緊二者固定；位置調(diào)節(jié)連桿(13)上設(shè)置有通槽孔，長度定位螺桿(11)能夠在通槽孔內(nèi)移動，并能夠通過兩側(cè)的螺母(12)固定；方向調(diào)節(jié)塊(14)的兩端分別與位置調(diào)節(jié)連桿(13)和電弧焊槍夾塊(15)相連，其連接方式與連接導(dǎo)光桶塊(9)和長度定位螺桿(11)之間的連接方式相同；送絲夾具(16)與電弧焊槍夾塊(15)通過螺絲相連，位置確定后通過擰緊螺絲使二者固定。
專利摘要本實用新型是用于T型接頭激光-電弧兩側(cè)同步焊接裝置，在使用激光-電弧同步焊時，能夠?qū)崿F(xiàn)激光與電弧的同步運動。包括連接導(dǎo)光桶塊、長度定位螺桿、位置調(diào)節(jié)連桿、方向調(diào)節(jié)塊、電弧焊槍夾塊、以及送絲夾具。連接導(dǎo)光桶塊的一端用于固定能夠發(fā)出激光束的導(dǎo)光桶，連接導(dǎo)光桶塊的另一端和長度定位螺桿通過螺絲連接。位置調(diào)節(jié)連桿上設(shè)置有通槽孔，長度定位螺桿能夠在通槽孔內(nèi)移動，并能夠通過兩側(cè)的螺母固定。方向調(diào)節(jié)塊的兩端分別與位置調(diào)節(jié)連桿和電弧焊槍夾塊相連。送絲夾具與電弧焊槍夾塊通過螺絲相連，位置確定后通過擰緊螺絲使二者固定。本裝置具有四個角度調(diào)節(jié)、兩個長度調(diào)節(jié)，可在一定范圍內(nèi)任意空間定位，實現(xiàn)激光與電弧的同步運動。
文檔編號B23K28/02GK201380364SQ200920106348
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者楊武雄, 焦傳江, 肖榮詩, 鎧 陳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)