CN107932919A - 一种管状结构的激光焊装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管状结构的激光焊装置，管状结构包括第一塑料管件和插接在第一塑料管件内的第二塑料管件，第一塑料管件和第二塑料管件插接后形成插接部；激光焊装置包括装置本体和控制***、设置在装置本体内的管状结构夹紧装置、激光发光器和光路转换装置；激光焊接时，管状结构的轴向方向与激光发光器发出的激光光束平行，且管状结构的轴线与光路转换装置的轴线重合，激光光束经光路转换装置转换后反射至插接部并垂直于管状结构的轴线，激光光束穿透第一塑料管件并在第二塑料管件的外表面圆周焊接，可以确保管状结构不需轴向转动即可完成激光圆周焊接，同时最大程度地减少激光焊装置的体积空间，焊接后的管状结构清洁、低渗透和耐久耐候。
Description
技术领域
本发明涉及管状结构激光焊技术领域，更具体地涉及一种管状结构的激光焊装置。
背景技术
随着消费者对汽车的安全性、驾驶感受、舒适度等要求逐渐提高，整车的每一个零件都在进行着技术革新和升级优化。汽车用管状结构作为***介质输送的渠道，对其低渗透性、密封性、耐候性、耐久性等都有着明确且详细的数据要求。现有技术中管状结构（如塑料管与接头）的插接连接一般采取过盈连接、旋转摩擦焊，长期使用存在***介质低渗透以及管内清洁度差的问题，所以针对这一技术指标，需开发管状结构激光焊接工艺和设备。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种高效、清洁、低渗透、耐久耐候的管状结构的激光焊装置。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：一种管状结构的激光焊装置，管状结构包括第一塑料管件和插接在第一塑料管件内的第二塑料管件，所述第一塑料管件和第二塑料管件插接后形成插接部；所述激光焊装置包括装置本体和控制***、设置在装置本体内的管状结构夹紧装置、激光发光器和光路转换装置；激光焊接时，所述管状结构的轴向方向与激光发光器发出的激光光束平行，且管状结构的轴线与光路转换装置的轴线重合，激光光束经光路转换装置转换后反射至插接部并垂直于管状结构的轴线，所述激光光束穿透第一塑料管件并在第二塑料管件的外表面圆周焊接。
优选地，所述管状结构夹紧装置包括夹紧第一塑料管件的第一夹紧模组、夹紧第二塑料管件的第二夹紧模组、控制第二塑料管件压入第一塑料管件的第一电机模组、控制第一夹紧模组和第二夹紧模组水平位移的第二电机模组，所述管状结构夹紧装置用以压紧、夹紧和定位第一塑料管件和第二塑料管件，使第一塑料管件和第二塑料管件的轴线位置处于激光光路转换装置的轴线位置。
优选地，所述第一夹紧模组还设有导向定位槽用以夹紧和定位插接后的第一塑料管件和第二塑料管件，所述第一电机模组还设有压力传感器用以检测第二塑料管件压入第一塑料管件的压力值，所述第二电机模组设有水平导轨用以控制第一夹紧模组和第二夹紧模组的水平运动。
优选地，所述光路装换装置包括一端封闭、一端开口的圆柱体装置，所述激光发光器发出的激光光束从封闭的一端内表面射出，所述管状结构处于光路转换装置的一端开口处且管状结构的轴线处于光路转换装置的轴线上。
优选地，所述光路转换装置还包括设置在圆柱体装置内且依次远离激光发光器设置的准直镜、激光振镜、聚焦镜和与聚焦镜呈45°夹角设置的反射镜。
优选地，所述反射镜为360°旋转的镜面。
优选地，所述激光焊装置设有两个管状结构夹紧装置。
优选地，还包括设置在装置本体上方前侧的安全光幕、用于启动管状结构夹紧装置的启动按钮、设置在装置本体一侧的水冷机。
优选地，所述第一塑料管件和第二塑料管件均为圆柱体管状。
本发明具有以下优点：
1、通过设置光路转换装置，将与激光光束平行的管状结构在插接部进行垂直圆周焊接，可以确保管状结构不需轴向转动即可完成激光圆周焊接，同时最大程度地减少激光焊装置的体积空间，焊接后的管状结构清洁、低渗透和耐久耐候；
2、通过管状结构夹紧装置压紧、夹紧和定位第一塑料管件和第二塑料管件，确保管状结构的轴线与光路转换装置的轴线重合，提高焊接的精度，高效作业。
附图说明
图1为本发明激光焊装置的立体示意图；
图2为本发明管状结构夹紧装置的立体示意图；
图3为本发明光路转换装置的原理示意图；
图4位本发明激光焊接的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-图3，本发明实施例提供一种管状结构的激光焊装置，其中管状结构包括第一塑料管件1和插接在第一塑料管件1内的第二塑料管件2，所述第一塑料管件1和第二塑料管件2插接后形成插接部3。
所述激光焊装置包括装置本体100和控制***、设置在装置本体100内的管状结构夹紧装置200、激光发光器300和光路转换装置400，所述管状结构夹紧装置200用于压紧和夹紧管状结构，所述控制***用于控制整个激光焊装置的运行。
激光焊接时，所述管状结构的轴向方向与激光发光器300发出的激光光束4平行，且管状结构的轴线与光路转换装置400的轴线重合，激光光束4经光路转换装置400转换后反射至插接部3并垂直于管状结构的轴线，所述激光光束4穿透第一塑料管件1并在第二塑料管件2的外表面圆周焊接。通过设置光路转换装置400，将与激光光束平行的管状结构在插接部3进行垂直圆周焊接，可以确保管状结构不需轴向转动即可完成激光圆周焊接，同时最大程度地减少激光焊装置的体积空间，焊接后的管状结构清洁、低渗透和耐久耐候。
如图2所示，图中示出的为管状结构夹紧装置200的结构立体图，所述管状结构夹紧装置200包括夹紧第一塑料管件1的第一夹紧模组210、夹紧第二塑料管件2的第二夹紧模组220、控制第二塑料管件2压入第一塑料管件1的第一电机模组230、控制第一夹紧模组210和第二夹紧模组220水平位移的第二电机模组240。所述管状结构夹紧装置200用以压紧、夹紧和定位第一塑料管件1和第二塑料管件2，使第一塑料管件1和第二塑料管件2的轴线位置处于激光光路转换装置400的轴线位置。其中，所述第一夹紧模组210还设有导向定位槽211用以夹紧和定位插接后的第一塑料管件1和第二塑料管件2，所述第一电机模组230还设有压力传感器231用以检测第二塑料管件2压入第一塑料管件1的压力值，所述第二电机模组240设有水平导轨241用以控制第一夹紧模组210和第二夹紧模组220的水平运动。
管状结构夹紧装置200具体工作时，先将插接好的第一塑料管件1和第二塑料管件2分别装入第一夹紧模组210和第二夹紧模组220中，此时第一夹紧模组210和第二夹紧模组220在竖直方向上的投影为一条直线，第一夹紧模组210启动夹紧第一塑料管件1、第二夹紧模组220启动夹紧第二塑料管件2；接着，第一电机模组230启动带动第二夹紧模组220朝向第一夹紧模组210移动使第二塑料管件2进一步匀速压入第一塑料管件1，当压力控制器上显示达到设定的压力值时，第一电机模组230停止压入动作，此时第一塑料管件1和第二塑料管件2装配完成；接着，第一夹紧模组210的气压断掉，但对第一塑料管件1仍存在辅助夹持作用，确保第一塑料管件1和第二塑料管件2的方向不变；再接着，第一电机模组230继续压入动作使第二塑料管件2进入导向定位槽211，达到一定行程，第二塑料管件2会与导向定位槽211抵抗产生反作用力，当压力控制器显示达到设定的压力值后，第一电机模组230停止压入动作，此时第二塑料管件2进入到导向定位槽211内，确保第一塑料管件1和第二塑料管件2与激光光路转换装置400的同轴度；再接着，第一夹紧模组210夹紧装配好的第一塑料管件1和第二塑料管件2，第一电机模组230回到初始位置，第二电机模组240启动，控制第一夹紧模组210和第二夹紧模组220沿着水平导轨241朝向设定的方位水平移动，到达位置后停止；最后，激光光路转换装置400移动使其轴心位置与装配好的第一塑料管件1和第二塑料管件2的轴心位置重合，启动激光发光器300并在插接部3进行激光焊接。
如图2所示，所述光路转换装置400大体为一端封闭、一端开口的圆柱体装置，所述激光发光器300发出的激光光束4从封闭的一端内表面射出，所述管状结构处于光路转换装置400的一端开口处且管状结构的轴线处于光路转换装置400的轴线上（图2中未示出该状态）。如图3所示，图3中示出的为激光发光器300发出的激光光束4经过光路转换装置400后进行圆周焊接的原理示意图。所述光路转换装置400还包括平行设置在圆柱体装置内且远离激光发光器300依次设置的准直镜410、激光振镜420、聚焦镜430和与聚焦镜430呈45°设置的反射镜440，所述反射镜440为360°旋转的镜面。激光光束4经过准直镜410后形成平行光束，入射至激光振镜420后通过激光振镜420旋转角度确定圆周焊接的宽度W，所述宽度W由光束的直径决定。然后，激光光束4通过聚焦镜430并入射至反射镜440，反射镜440将激光光束4呈90°反射后形成与管状结构的轴向垂直的激光光束4，垂直于管状结构的激光光束4入射至管状结构插接部3并在插接部3内的第一塑料管件1和第二塑料管件2之间焊接，最后通过360°旋转的反射镜440镜面，可实现激光光束4对插接部3的圆周焊接。从另一个角度进行描述，如图4所示，激光光束4经过准直镜410和激光振镜420后形成具有一定宽度W（光束直径）的平行光束环，光束环经过360°旋转镜面的反射镜440后反射至管状结构的插接部并在插接部的圆周面上且宽度W范围内圆周焊接。
更具体地，所述第一塑料管件1的材料为可穿透激光材料，其波段与激光波段范围趋于一致，所述可穿透激光材料为PA、PC、ABS、PP等工程塑料，通过常规技术中改性处理添加透光剂制成，其透光率要求达到40%及以上。所述第二塑料管件2的材料为不可透激光材料，所述不可穿透激光材料为PA、PC、ABS、PP等工程塑料，通过常规技术中改性处理添加吸光剂（如炭黑）制成，其吸光率要求达到90%及以上，可保证激光能量损失较小。并且，第一塑料管件1的材料与第二塑料管件2的材料的融化温度应相近，可防止第二塑料管件2的外表面融化温度过高而影响第一塑料管件1的性能，且两者相近的融化温度可使两者激光焊接时相容性更好，提高粘接质量和连接性能。
所述激光光束4在插接部3穿过第一塑料管件1后，照射至第二塑料管件2的外表面，第二塑料管件2的外表面吸收激光后外表面融化并与第一塑料管件1的内表面粘接，形成柱面的焊接区域，该焊接可形成有效密封、抗压、抗拉的管状结构。
本发明实施例中所述激光发出后经过45°反射镜440反射后与管状结构垂直，激光自始至终不会出现在装置外，确保了激光的安全性。
本发明实施例中所述激光焊装置设有至少一个工位，优选为两个工位，即设有两个管状结构夹紧装置200，该两个工位可交替进行焊接，提高设备利用率。
本发明实施例中所述激光焊装置还包括设置在装置本体100上方前侧的安全光幕500、用于启动管状结构夹紧装置200的启动按钮600、设置在装置本体100一侧的水冷机700。所述控制***具体包括电控柜110、电脑主机120和控制屏130等，用以控制整个激光焊装置的整机运作。
本发明实施例中所述的第一塑料管件1和第二塑料管件2的插接可以是塑料管路与塑料管路之间的插接，也可以是塑料管路与塑料接头之间的插接，对管件的用途不作限制。优选地，所述第一塑料管件1和第二塑料管件2均为圆柱体管状，有利于提高焊接精度。本发明实施例中所述激光焊装置尤其适用于长度较长、带有空间形状的管状结构，不能在激光焊装置中进行旋转移动和水平大范围移动，利用光路转换装置400实现管状结构表面的圆周焊接。
本发明实施例中所述激光焊接中的激光类型、波长、功率等参数可根据管状结构的材质及相关物理参数作相应调整与匹配，激光光束4的圈数和间距可根据产品的密封盒抗拉强度要求自行标定。该装置可以用于焊接塑料尼龙高压离合器管件总成或者塑料尼龙电加热尿素管总成等等，如接头与尼龙管路的激光焊接。
本发明实施例中通过采用激光焊接插接后的第一塑料管件1和第二塑料管件2，与现有技术中的过盈连接相比，可完全解决因环境温度变化、使用时间、振动产生的介质低渗透，经过密封试验（常温、低温、高低温）、耐久试验、振动试验，由3ml/min降低为0ml/min，根本上解决低渗透问题；与现有技术中的旋转摩擦焊连接，完全解决因焊接过程中高速旋转摩擦产生的材料碎屑，经过清洁度试验测试，由颗粒最大直径50μm降低为无碎屑产生，由颗粒质量100mg/米降低为无碎屑产生，根本上解决碎屑的产生。
下面以塑料尼龙电加热尿素管总成试验项目，得出如下试验数据：
1.拉脱试验（低温、室温、高温、高低温交变）(每个温度值试验5次的拉力值)
标准要求：
≥450N（-40℃）；≥450N（23℃）；≥115N（115℃）；≥450N（-40℃~115℃交变）。
试验结果：
-40℃（低温）：1080N、1090N、1076N、1093N、1017N；
23 ℃（室温）：590N、628N、624N、603N、589N；
115℃（高温）：273N、278N、298N、289N、287N；
-40℃~115℃交 变： 627N、621N、641N、635N、655N。
2.密封试验（高低温交变）
标准要求：
23 ± 2 ℃，施加1.034 MPa，保持1 min，回到大气压状态；
80 ± 2 ℃，保持4h，施加1.034 MPa的压力，保持1 min，回到大气压状态；
-40±2℃，保持4h, 施加1.034MPa的压力，保持1 min，然后回到大气压状态；
要求无气泡、无泄漏。
试验结果：
管件无气泡、无泄漏。
3.脉冲疲劳试验
标准要求：
（-40±2）℃，（120±2）℃ 各10万次，从0.2MPa（2bar）到1.3MPa，0.5Hz到1Hz。
要求无气泡、无泄漏。
试验结果：
管件无气泡、无泄漏。
以上三项试验可以体现本发明申请的管状结构的激光焊技术对于产品的抗拉强度、密封性能、耐久性能，在不同的温度、压力和循环测试中都有优异的性能表现。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，管状结构包括第一塑料管件和插接在第一塑料管件内的第二塑料管件，所述第一塑料管件和第二塑料管件插接后形成插接部；所述激光焊装置包括装置本体和控制***、设置在装置本体内的管状结构夹紧装置、激光发光器和光路转换装置；激光焊接时，所述管状结构的轴向方向与激光发光器发出的激光光束平行，且管状结构的轴线与光路转换装置的轴线重合，激光光束经光路转换装置转换后反射至插接部并垂直于管状结构的轴线，所述激光光束穿透第一塑料管件并在第二塑料管件的外表面圆周焊接。
2.如权利要求1所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述管状结构夹紧装置包括夹紧第一塑料管件的第一夹紧模组、夹紧第二塑料管件的第二夹紧模组、控制第二塑料管件压入第一塑料管件的第一电机模组、控制第一夹紧模组和第二夹紧模组水平位移的第二电机模组，所述管状结构夹紧装置用以压紧、夹紧和定位第一塑料管件和第二塑料管件，使第一塑料管件和第二塑料管件的轴线位置处于激光光路转换装置的轴线位置。
3.如权利要求2所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述第一夹紧模组还设有导向定位槽用以夹紧和定位插接后的第一塑料管件和第二塑料管件，所述第一电机模组还设有压力传感器用以检测第二塑料管件压入第一塑料管件的压力值，所述第二电机模组设有水平导轨用以控制第一夹紧模组和第二夹紧模组的水平运动。
4.如权利要求1所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述光路装换装置包括一端封闭、一端开口的圆柱体装置，所述激光发光器发出的激光光束从封闭的一端内表面射出，所述管状结构处于光路转换装置的一端开口处且管状结构的轴线处于光路转换装置的轴线上。
5.如权利要求4所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述光路转换装置还包括设置在圆柱体装置内且依次远离激光发光器设置的准直镜、激光振镜、聚焦镜和与聚焦镜呈45°夹角设置的反射镜。
6.如权利要求5所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述反射镜为360°旋转的镜面。
7.如权利要求1所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述激光焊装置设有两个管状结构夹紧装置。
8.如权利要求1所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，还包括设置在装置本体上方前侧的安全光幕、用于启动管状结构夹紧装置的启动按钮、设置在装置本体一侧的水冷机。
9.如权利要求1所述的一种管状结构的激光焊装置，其特征在于，所述第一塑料管件和第二塑料管件均为圆柱体管状。
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