CN217193382U - 一种随焊水冷激光拼焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种随焊水冷激光拼焊装置，包括工件夹持单元、焊接单元、随焊水冷单元及保护气单元；所述装夹单元由基板底座及分别与基板底座连接的琴键夹具、可调限位机构组成；所述焊接单元由自下而上依次连接的横吹气帘、保护镜模块、聚焦镜模块及准直镜模块组成；所述焊接单元位于工件夹持单元的上方；所述保护气单元由正面保护气道、保护气道安装机构及背面保护气道组成。本实用新型所述装置中，冷却水道可进行多维度调整，采用正反面全气氛保护及新型夹具，能够稳固装夹待拼焊板材，有效减小焊后残余应力及焊后变形。

Description

一种随焊水冷激光拼焊装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，尤其涉及一种随焊水冷激光拼焊装置。

背景技术

激光拼焊技术具有能量输入集中、焊接速度快、定位准确等优点，主要用于汽车领域，并且随着汽车轻量化发展的不断推进，其应用范围日益广泛。然而，汽车用高强钢薄板在激光拼焊时由于焊缝处残余应力大，造成焊缝冷裂倾向明显、存在热影响区软化等多种缺陷。同时，高强钢在激光拼焊过程中变形趋向大，而零件装配精度要求高，采用常规夹具难以满足要求。

随焊冷却技术可以通过冷却介质吸能，阻断焊缝向后方传热，同时迫使焊缝快速冷却，压缩高温区范围，由温度产生动态拉伸效应，进而有效控制残余应力，控制焊后变形。同时缩小高温区范围，一定程度上控制晶粒长大，从而优化焊缝组织。另一方面，冷却水与焊缝表面的垂直距离、伸长距离以及冷却水入射角度等参数直接影响残余应力以及焊接变形的调控效果，常见的垂直雾化水冷难以满足更高强度的钢板激光拼焊残余应力调控要求。

专利申请号为CN201911288480.5的中国专利申请公开了“一种随焊超声与激冷复合的激光焊接方法”，其随焊水冷***位于焊缝下方，通过水的雾化接触焊缝表面，有一定的冷却效果，但冷却能力有限，多余的水无法溢出，水冷输入角度无法调整。

专利申请号为CN201922331326.3的中国专利申请公开了“一种随焊激冷装置”，应用于TIG焊接，且随焊冷却距离及角度难以连续调整。

专利申请号为CN202021268663.9的中国专利申请公开了“一种可调节作用面积的随焊激冷装置”，采用喷射冷却介质形式，冷却效果有限，装配精度不满足激光拼焊要求。

专利申请号为CN201520443136.X的中国专利申请公开了一种“焊缝同步水冷激光焊接机构”，其水冷与激光头距离锁定无法调节，且水冷高度、角度等参数均不可变。

专利申请号为CN201922208394.0的中国专利申请公开了“一种控制激光拼焊板缝间隙的水冷装置”，其结构复杂、不易实现，且水冷高度、角度、距离等参数均无法调节。

发明内容

本实用新型提供了一种随焊水冷激光拼焊装置，冷却水道可进行多维度调整，采用正反面全气氛保护及新型夹具，能够稳固装夹待拼焊板材，有效减小焊后残余应力及焊后变形。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种随焊水冷激光拼焊装置，包括工件夹持单元、焊接单元、随焊水冷单元及保护气单元；

所述工件夹持单元由基板底座及分别与基板底座连接的琴键夹具、可调限位机构组成；待拼焊工件放置在基板底座上，可调限位机构用于对待拼焊工件进行限位使两者之间的间隙符合拼焊要求，琴键夹具用于将限位后的待拼焊工件进行夹紧固定；

所述焊接单元位于工件夹持单元的上方；

所述随焊水冷单元由冷却水道、位置及角度调节机构、冷却水管、阀门及水泵组成，冷却水道通过位置及角度调节机构与焊接单元相连，并且位置及角度调节机构能够调节冷却水道的位置及角度；冷却水道的进水端通过冷却水管连接水泵，冷却水管上设阀门；

所述保护气单元由正面保护气道、保护气道安装机构及背面保护气道组成，正面保护气道通过保护气道安装机构与焊接单元相连；背面保护气道设于基板底座的中部，背面保护气道的一端设保护气入口，背面保护气道的顶部设保护气出口，保护气出口位于待拼焊工件接合处的正下方。

所述基板底座的两端分别设底座安装孔用于连接外部平台。

所述琴键夹具、可调限位机构均为多个，琴键夹具、可调限位机构沿基板底座纵向间隔设置。

所述琴键夹具为长方体结构，内端顶部设倒角结构；琴键夹具的中部设凹槽，通过设于凹槽内的多个螺栓与基板底座相连。

所述可调限位机构由底座安装块、顶杆及卡紧头组成；底座安装块通过螺栓与基板底座相连，顶杆穿过底座安装块上的通孔后与卡紧头通过螺纹连接，顶杆的外端设手柄；卡紧头的外端面为阶梯面，由上部的外端面及下部的内端面组成，外端面与内端面之间通过轴向面连接；其中内端面及轴向面与待拼焊工件的对应端表面及上表面直接接触。

所述位置及角度调节机构由L形连接块、摆动连接块、摆动安装块及水道安装块组成；L形连接块由横向连接板及竖向连接板组成，横向连接板上沿水平方向开设横向长孔，与焊接单元通过螺栓相连，并能够通过横向长孔调节L形连接块的水平横向位置；竖向连接板上沿竖直方向开设竖向长孔，与摆动连接块通过螺栓相连，并能够通过竖向长孔调节摆动连接块的竖直方向的位置；摆动连接块上设弧形长孔，摆动安装块的端部设滑块与弧形长孔配合，使摆动安装块与摆动连接块滑动连接，并能够通过弧形长孔调节摆动安装块的角度；摆动安装块上沿垂直于L形连接块所在平面的方向设置纵向长孔，冷却水道通过水道安装块与摆动安装块可拆卸地连接，并能够通过纵向长孔调节冷却水道的水平纵向位置。

所述摆动连接块上同轴设置2道弧形长孔，摆动安装块的端部对应设置2个滑块。

所述摆动安装块沿冷却水道轴向设置3道纵向长孔，冷却水道通过水道安装块与其中一道纵向长孔连接。

所述保护气道安装机构由气道连接块及气道安装块组成，气道连接块的上部与焊接单元连接，气道连接块的下部设竖直的滑道，气道安装块上设滑块与滑道连接；气道安装块与滑块铰接，气道安装块能够沿滑道上下移动并锁紧固定在任意位置。

所述焊接单元的一侧通过连接件与背板相连，背板用于连接机床或机械手，背板上开设预留安装孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)解决了常规激光拼焊随焊装置水冷结构形式单一、工艺参数可调区间小的问题，能够进行多维度参数调整，如冷却水道倾斜角度、垂直高度、激光焦点与冷却水喷出点间的距离等；

2)使激光拼焊随焊水冷工艺效果达到最大化，采用正反面全气氛保护，可有效减小焊后残余应力及焊接变形、优化焊缝组织、缩小热影响区范围、改善焊缝正反面成型质量；

3)采用可调限位机构对待拼焊工件进行精确定位，通过琴键夹具能够稳固装夹待拼焊工件，装夹效率高；

4)整体结构精巧、设计合理、制造使用方便，采用模块化设计，能够满足大多数机床和机械手的集成要求。

附图说明

图1是本实用新型所述随焊水冷激光拼焊装置的结构示意图。

图2是本实用新型所述位置及角度调节机构的结构示意图。

图3是图1的左视图(局部)。

图4是本实用新型所述可调限位机构的结构示意图。

图中：1.基板底座 2.待拼焊工件 3.琴键夹具 4.底座安装块 5.顶杆 6.卡紧头7.背面保护气道 8.底座安装孔 9.L形连接块 10.摆动连接块 11.摆动安装块 12.水道安装块 13.冷却水道 14.阀门 15.冷却水管 16.水泵 17.气道连接块 18.气道安装块 19.正面保护气道 20.横吹气帘 21.保护镜模块 22.聚焦镜模块 23.准直镜模块 24.连接件25.背板

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种随焊水冷激光拼焊装置，包括工件夹持单元、焊接单元、随焊水冷单元及保护气单元；

如图3所示，所述工件夹持单元由基板底座1及分别与基板底座1连接的琴键夹具3、可调限位机构组成；待拼焊工件2放置在基板底座1上，可调限位机构用于对待拼焊工件2进行限位使两者之间的间隙符合拼焊要求，琴键夹具3用于将限位后的待拼焊工件2进行夹紧固定；

所述焊接单元位于工件夹持单元的上方；

所述随焊水冷单元由冷却水道13、位置及角度调节机构、冷却水管15、阀门14及水泵16组成，冷却水道13通过位置及角度调节机构与焊接单元相连，并且位置及角度调节机构能够调节冷却水道13的位置及角度；冷却水道13的进水端通过冷却水管15连接水泵16，冷却水管15上设阀门14；

所述保护气单元由正面保护气道19、保护气道安装机构及背面保护气道7组成，正面保护气道19通过保护气道安装机构与焊接单元相连；背面保护气道7设于基板底座1的中部，背面保护气道7的一端设保护气入口，背面保护气道7的顶部设保护气出口，保护气出口位于待拼焊工件2接合处的正下方。

所述基板底座1的两端分别设底座安装孔8用于连接外部平台。

所述琴键夹具3、可调限位机构均为多个，琴键夹具3、可调限位机构沿基板底座1纵向间隔设置。

所述琴键夹具3为长方体结构，内端顶部设倒角结构；琴键夹具3的中部设凹槽，通过设于凹槽内的多个螺栓与基板底座1相连。

如图4所示，所述可调限位机构由底座安装块4、顶杆5及卡紧头6组成；底座安装块4通过螺栓与基板底座1相连，顶杆5穿过底座安装块4上的通孔后与卡紧头6通过螺纹连接，顶杆5的外端设手柄；卡紧头6的外端面为阶梯面，由上部的外端面及下部的内端面组成，外端面与内端面之间通过轴向面连接；其中内端面及轴向面与待拼焊工件2的对应端表面及上表面直接接触。

如图2所示，所述位置及角度调节机构由L形连接块9、摆动连接块10、摆动安装块11及水道安装块12组成；L形连接块9由横向连接板及竖向连接板组成，横向连接板上沿水平方向开设横向长孔，与焊接单元通过螺栓相连，并能够通过横向长孔调节L形连接块9的水平横向位置；竖向连接板上沿竖直方向开设竖向长孔，与摆动连接块10通过螺栓相连，并能够通过竖向长孔调节摆动连接块10的竖直方向的位置；摆动连接块10上设弧形长孔，摆动安装块11的端部设滑块与弧形长孔配合，使摆动安装块11与摆动连接块10滑动连接，并能够通过弧形长孔调节摆动安装块11的角度；摆动安装块11上沿垂直于L形连接块9所在平面的方向设置纵向长孔，冷却水道13通过水道安装块12与摆动安装块11可拆卸地连接，并能够通过纵向长孔调节冷却水道13的水平纵向位置。

所述摆动连接块10上同轴设置2道弧形长孔，摆动安装块11的端部对应设置2个滑块。

所述摆动安装块11沿冷却水道13轴向设置3道纵向长孔，冷却水道13通过水道安装块10与其中一道纵向长孔连接。

所述保护气道安装机构由气道连接块17及气道安装块18组成，气道连接块17的上部与焊接单元连接，气道连接块17的下部设竖直的滑道，气道安装块18上设滑块与滑道连接；气道安装块18与滑块铰接，气道安装块18能够沿滑道上下移动并锁紧固定在任意位置。

所述焊接单元的一侧通过连接件24与背板25相连，背板25用于连接机床或机械手，背板25上开设预留安装孔。

本实用新型所述一种随焊水冷的激光拼焊装置，由焊接单元、随焊水冷单元、保护气单元、装夹单元四部分组成。可调限位机构设于待拼焊工件2的外侧，通过卡紧头6上的内端面及轴向面对2个待拼焊工件2进行限位，并调节两者的间隙；由琴键夹具3将限位后的待拼焊工件2压紧固定在基板底座1上，保证2个待拼焊工件2的相对位置，并提供足够的焊接约束力。

本实用新型所述一种随焊水冷的激光拼焊装置中的冷却水道13及正面保护气道19均可调节，调节的目的是使激光焊接头焦点、冷却水道13的喷水点、正面保护气道19的喷气点均作用于待拼焊工件2上方的同一条直线上。冷却水由水泵16引入冷却水道13，通过阀门14控制冷却水的流量；通过L形连接块9、摆动连接块10及摆动安装块11上竖向、水平横向及水平纵向三个方向的长孔，能够实现冷却水喷水点与激光作用点距离、冷却水喷水点与焊缝垂直距离的连续调节。通过摆动连接块10上的弧形长孔，能够实现冷却水输入倾斜角度、与焊缝表面倾斜距离的连续调节。

焊接单元由横吹气帘20、保护镜模块21、聚焦镜模块22、准直镜模块23几部分组成(此为常规技术)，正面保护气从一侧以设定角度倾斜入射，待拼焊工件2的焊缝下方设有背面保护气道7，背面保护气道7与正面保护气道19均通入惰性保护气体，实现激光焊接过程全气氛保护，保证焊缝的正反面成形质量。

本实用新型通过采用随焊水冷和全气氛保护等措施，缩短焊接过程中高温停留时间以抑制焊接接头晶粒长大，达到了减小热影响区宽度、改善焊缝和热影响区组织的作用。同时，通过冷却水与焊缝的直接接触快速带走焊缝表面能量，通过温差拉伸作用，减小了焊后残余应力及焊接变形。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例】

本实施例中，采用本实用新型所述随焊水冷激光拼焊装置对厚度为6mm的2块高强度钢板进行激光拼焊。

如图1所示，待拼焊工件2由琴键夹具3(分为2组，每个待拼焊工件2外侧各设1组，每组由平行设置的多个琴键夹具3组成)，琴键夹具3通过螺栓与基板底座1连接并将对应的待拼焊工件2压紧固定在基板底座1上。可调限位机构(同样分为2组，与琴键夹具3间隔设置)，中，底座安装块4通过螺栓与基板底座1连接，顶杆5穿过底座安装块4与卡紧头6通过螺纹连接。利用卡紧头6的内端面及轴向面挤压限制待拼焊工件2的间隙。基板底座1可通过底座安装孔8连接在其它设备的平台上。

随焊水冷单元中，冷却水由水泵16引入，流经冷却水管15进入冷却水道13中，冷却水管15上设有阀门14，用于控制冷却水的流量。如图2所示，冷却水道13由水道安装块12锁紧固定，水道安装块12与摆动安装块11连接，摆动安装块11上有3道纵向长孔，使水道安装块12的高度可调，并且摆动安装块11与水道安装块12之间的纵向距离可调，最终调整为仅针对激光焊缝的热影响区或焊缝进行随焊水冷。摆动安装块11端部的滑块***摆动连接块10上的弧形长孔中并沿其滑动，用于调整冷却水的入射角，本实施例中，该调节范围为10°～80°(通常情况下入射角度在15°～30°时随焊水冷效果较好)。摆动连接块10与L形连接块9的竖向连接板相连，可沿竖向长孔上下滑动调节冷却水与焊缝表面的垂直距离，L形连接块9通过横向连接板与焊接单元(本实施例具体为聚焦镜模块22)相连，通过横向长孔可调节冷却水出水点与激光焦点的距离。

焊接单元自下而上由横吹气帘20、保护镜模块21、聚焦镜模块22、准直镜模块23几部分组成。正面保护气道19通过气道安装块18锁紧，并通过气道连接块17与焊接单元相连(本实施例具体为聚焦镜模块22)。如图3所示，激光拼焊时，正面保护气、激光焦点、冷却水三者的作用中心在同一直线上。基板底座1上设背面保护气道7，惰性保护气由一端通入，用于优化背面焊缝成型质量。

焊接单元及随焊冷却单元等可集成在背板25上，再通过背板25安装在机械手或机床上。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，包括工件夹持单元、焊接单元、随焊水冷单元及保护气单元；

所述工件夹持单元由基板底座及分别与基板底座连接的琴键夹具、可调限位机构组成；待拼焊工件放置在基板底座上，可调限位机构用于对待拼焊工件进行限位使两者之间的间隙符合拼焊要求，琴键夹具用于将限位后的待拼焊工件进行夹紧固定；

所述焊接单元位于工件夹持单元的上方；

所述随焊水冷单元由冷却水道、位置及角度调节机构、冷却水管、阀门及水泵组成，冷却水道通过位置及角度调节机构与焊接单元相连，并且位置及角度调节机构能够调节冷却水道的位置及角度；冷却水道的进水端通过冷却水管连接水泵，冷却水管上设阀门；

所述保护气单元由正面保护气道、保护气道安装机构及背面保护气道组成，正面保护气道通过保护气道安装机构与焊接单元相连；背面保护气道设于基板底座的中部，背面保护气道的一端设保护气入口，背面保护气道的顶部设保护气出口，保护气出口位于待拼焊工件接合处的正下方。

2.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述基板底座的两端分别设底座安装孔用于连接外部平台。

3.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述琴键夹具、可调限位机构均为多个，琴键夹具、可调限位机构沿基板底座纵向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述琴键夹具为长方体结构，内端顶部设倒角结构；琴键夹具的中部设凹槽，通过设于凹槽内的多个螺栓与基板底座相连。

5.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述可调限位机构由底座安装块、顶杆及卡紧头组成；底座安装块通过螺栓与基板底座相连，顶杆穿过底座安装块上的通孔后与卡紧头通过螺纹连接，顶杆的外端设手柄；卡紧头的外端面为阶梯面，由上部的外端面及下部的内端面组成，外端面与内端面之间通过轴向面连接；其中内端面及轴向面与待拼焊工件的对应端表面及上表面直接接触。

6.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述位置及角度调节机构由L形连接块、摆动连接块、摆动安装块及水道安装块组成；L形连接块由横向连接板及竖向连接板组成，横向连接板上沿水平方向开设横向长孔，与焊接单元通过螺栓相连，并能够通过横向长孔调节L形连接块的水平横向位置；竖向连接板上沿竖直方向开设竖向长孔，与摆动连接块通过螺栓相连，并能够通过竖向长孔调节摆动连接块的竖直方向的位置；摆动连接块上设弧形长孔，摆动安装块的端部设滑块与弧形长孔配合，使摆动安装块与摆动连接块滑动连接，并能够通过弧形长孔调节摆动安装块的角度；摆动安装块上沿垂直于L形连接块所在平面的方向设置纵向长孔，冷却水道通过水道安装块与摆动安装块可拆卸地连接，并能够通过纵向长孔调节冷却水道的水平纵向位置。

7.根据权利要求6所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述摆动连接块上同轴设置2道弧形长孔，摆动安装块的端部对应设置2个滑块。

8.根据权利要求6所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述摆动安装块沿冷却水道轴向设置3道纵向长孔，冷却水道通过水道安装块与其中一道纵向长孔连接。

9.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述保护气道安装机构由气道连接块及气道安装块组成，气道连接块的上部与焊接单元连接，气道连接块的下部设竖直的滑道，气道安装块上设滑块与滑道连接；气道安装块与滑块铰接，气道安装块能够沿滑道上下移动并锁紧固定在任意位置。

10.根据权利要求1所述的一种随焊水冷激光拼焊装置，其特征在于，所述焊接单元的一侧通过连接件与背板相连，背板用于连接机床或机械手，背板上开设预留安装孔。

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