激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法，包括：装夹空心铜管；将空心铜芯的一端插入空心铜管内；设置高频感应加热线圈；在激光器的输出端连接电子光闸分束器；输出焊接激光束，进行固定点焊；输出切割激光束切断空心铜芯；输出焊接激光束，获得套接段的管侧端激光环焊缝；高频感应加热线圈通电预热；当预热温度达到设定值后，通过挤压轮实现套接段焊缝金属的固相联结；将空心铜管水平翻转180度；之后再进行空心铜管另一端的焊接。本发明专利技术将激光焊接与高频感应焊两种工艺方法复合在一起，有效解决了传统单纯高频感应焊易发生的局部熔化母材流进铜管内部形成焊堵的难题；本发明专利技术还提供了一种套接管制备装置。

【技术实现步骤摘要】
激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法及装置
本专利技术属于工业自动化领域，具体涉及一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法及装置。
技术介绍
随着空调与制冷行业的技术发展以及环保法规的进一步严格控制，提高换热单元本身的换热系数，是提高热交换器的整体换热性能、弥补替代制冷剂自身原因所导致的制冷性能的降低的必要手段。基于现有制冷剂存在制冷性能下降的问题及仍未研发出有效的替代工质，相关企业和科研机构将研究对象转为空调与制冷的基本部件-热交换器元件，即空心铜管，通过提高空心铜管的换热性能，可有效解决上述问题。空调制冷的铜管多为薄壁小直径空心铜芯，如图1所示，为给制冷剂流动提供缓冲区，提升制冷效果，一般设计一段管径略大的空心铜管区域，制造方式是在空心铜管1301两侧分别套接空心铜芯1302，空心铜芯1302与空心铜管1301间隙配合，为防止制冷剂流经空心铜管发生泄漏，则将空心铜芯1302与空心铜管1301进行套接环焊处理，这样既保证了空心铜管1301的密封性，又方便制冷剂循环。目前常见的焊接手段有氩弧焊、高频感应焊以及钎焊。氩弧焊是一种主要依靠电弧加热熔化母材发生冶金反应的焊接方式，焊缝难以做得细小，焊接热影响区较大，使得其一般用于大尺寸、壁厚大于1mm的套接空心铜管焊接，而不适合焊接细小、薄壁的套接空心铜管；高频感应焊是焊接套接空心铜管的主要方法，但由于不同管径铜管套接时的间隙配合性质，在其焊接过程中两者的集肤效应与临近效应不同步，使得局部熔化的母材容易通过缝隙流进铜管内部形成焊堵，表面污物清理不干净还容易造成焊缝气孔，服役过程中易发生泄漏和开裂问题，同时焊接的工艺参数很难调定，大大限制生产效率与质量；对于钎焊，则存在焊接接头力学性能较差，难以保证密封性的不足，直接影响了焊接质量的重复性，服役过程中易发生裂纹、泄漏等问题。激光焊接是近年来发展迅速的一种高质量焊接工艺技术，其光斑细小，使得焊缝极窄、焊接热影响区极小，成为很多高精密、高质量焊接的首选工艺。但对于套接管的搭接焊而言，由于其焊接结构本身要求足够的焊合面积以保证套接接头整体强度力学性能，单道激光焊接无法满足要求，需要多道堆焊，这使得工艺繁琐、成本升高，限制了激光焊接在此领域的应用。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法；同时本专利技术还提供了一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备装置。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法，包括如下步骤：(1)装夹空心铜管；(2)将空心铜芯的一端插入空心铜管内，两者间隙配合；(3)在空心铜芯与空心铜管套接段的下方设置高频感应加热线圈，要求线圈形状与尺寸与套接段对应匹配，沿套接段轴向尺寸不超过套接长度；在空心铜芯与空心铜管套接段的上方设置高频感应焊的挤压轮；(4)在激光器的输出端连接电子光闸分束器，用于将激光器输出的一束激光分时输出到两路，一路用于切断较长的空心铜芯，另一路用于激光焊接；(5)输出焊接激光束，聚焦于空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端位置，进行固定点焊，用于初步固定空心铜芯与空心铜管的相对位置；(6)输出切割激光束，根据工件的长度要求，采用激光切断空心铜芯，并通过支撑使其保持平衡；(7)输出焊接激光束，通过伺服电机驱动空心铜芯与空心铜管一起匀速旋转，使得聚焦激光束沿着空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端位置扫描一圈，使空心铜管与空心铜芯实现熔融焊合且熔深不超过空心铜芯内壁面，从而获得空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端激光环焊缝；(8)高频感应加热线圈通电，通过伺服电机驱动空心铜管匀速旋转，使得空心铜芯与空心铜管套接段预热均匀；(9)当预热温度达到设定值后，套接段高频感应加热区域在高频电流的作用下发生表面薄层熔化，迅速通过挤压轮时，实现套接段焊缝金属的固相联结；(10)将一端焊接完成的空心铜管水平翻转180度，使空心铜管的未焊接端与送料的空心铜芯位置相对；(11)重复步骤(2)-(9)，完成空心铜管另一端的焊接。本专利技术还提供了一种套接管制备装置，包括工作台，以及安装在工作台上的夹紧旋转组件、上料组件、旋转取料组件、高频感应加热组件、激光切割组件、激光器组件、激光焊接组件、矫直器组件、铜芯支撑组件、挤压轮组件和料斗；所述夹紧旋转组件包括伺服电机、电机支座、法兰、三爪气缸和气爪手指，伺服电机通过电机支座安装在工作台上，三爪气缸通过法兰与伺服电机配合同轴装配，气爪手指安装于三爪气缸上，两者组成夹紧结构用于装夹空心铜管；所述上料组件包括振动盘、上料支架、两个滑槽和两个弹性挡套，所述上料支架的底部安装在工作台上，所述两个滑槽相隔一定距离的竖直安装在上料支架上；两个弹性挡套分别安装在两个滑槽的末端；振动盘的输出端延伸至两组滑槽的位置；空心铜管经振动盘输送至两个滑槽处，经两个滑槽落入两个弹性挡套之间；所述旋转取料组件包括X向气缸、导轨板、气缸固定座、X向滑轨、嵌入卡件、移动板、带导轨气缸、转接件、旋转气缸固定板、旋转气缸、二爪气缸、气动手指和Y向气缸；所述导轨板、X向气缸、移动板、气缸固定座、X向滑轨和嵌入卡件组成X方向移动机构，所述导轨板通过螺钉固定安装在工作台上；导轨板的两侧设置有凹槽，移动板装配在所述凹槽内，与导轨板间隙配合，两者组成一直线运动副；X向气缸通过气缸固定座固定安装在移动板上；X向滑轨固定安装在移动板上；嵌入卡件安装在X向滑轨，与X向滑轨组成一直线运动副；X向气缸的动作端与嵌入卡件相连，用于驱动嵌入卡件沿X向滑轨做直线运动；所述转接件和Y向气缸组成Y方向移动机构，所述Y向气缸通过支架固定安装在工作台上，转接件与Y向气缸的动作端相连，转接件同时与X方向移动机构中的嵌入卡件连接；Y向气缸可驱动转接件和嵌入卡件，进而带动导轨板沿着导轨板两侧的凹槽做直线运动；带导轨气缸安装在嵌入卡件上，带导轨气缸的导轨方向沿Z轴方向；所述旋转气缸固定板、旋转气缸、二爪气缸、两个气动手指组成180°旋转机构，旋转气缸固定板固定安装在带导轨气缸上，与带导轨气缸同步运动；旋转气缸安装在旋转气缸固定板上，二爪气缸安装在旋转气缸的动作端，可在二爪气缸的驱动下做180°旋转运动；两个气动手指安装在二爪气缸上，两者配合可实现夹取动作；所述高频感应加热组件包括加热气缸、底座、绝热转接件和高频感应加热线圈，加热气缸通过底座安装在工作台上，高频感应加热线圈通过绝热转接件与加热气缸的动作端配合安装；所述激光切割组件包括激光切割头底座、激光切割头驱动气缸、工字型转接件、T形连接件、激光切割头、T形支座和激光切割头滑轨，所述激光切割头底座安装在工作台上，激光切割头驱动气缸安装在激光切割头底座上，激光切割头通过工字型转接件和T形连接件与激光切割头驱动气缸的动作端配合安装，激光切割头安装在T形支座上，T形支座安装在激光切割头滑轨上，激光切割头可在激光切割头驱动气缸的驱动下沿着激光切割头滑轨往复运动；所述激光焊接组件包括激光焊接头、角度调节块、电动模组、固定板和龙门架，所述激光焊接头通过角度调节块与电动模组配合安装，进而可以实现激光焊接头加工焦距的调整；电动模组通过固定板安装在龙门架上，所述龙门架两端安装在工作台上；所述激光器组件包括激光器、激光器支架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)装夹空心铜管(1301)；(2)将空心铜芯(1302)的一端插入空心铜管(1301)内，两者间隙配合；(3)在空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的下方设置高频感应加热线圈，要求线圈形状与尺寸与套接段对应匹配，沿套接段轴向尺寸不超过套接长度；在空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的上方设置高频感应焊的挤压轮；(4)在激光器的输出端连接电子光闸分束器，用于将激光器输出的一束激光分时输出到两路，一路用于切断较长的空心铜芯，另一路用于激光焊接；(5)输出焊接激光束，聚焦于空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端位置，进行固定点焊，用于初步固定空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)的相对位置；(6)输出切割激光束，根据工件的长度要求，采用激光切断空心铜芯(1302)，并通过支撑使其保持平衡；(7)输出焊接激光束，通过伺服电机驱动空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)一起匀速旋转，使得聚焦激光束沿着空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端位置扫描一圈，使空心铜管(1301)与空心铜芯(1302)实现熔融焊合且熔深不超过空心铜芯内壁面，从而获得空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端激光环焊缝；(8)高频感应加热线圈通电，通过伺服电机驱动空心铜管(1302)匀速旋转，使得空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段预热均匀；(9)当预热温度达到设定值后，套接段高频感应加热区域在高频电流的作用下发生表面薄层熔化，迅速通过挤压轮时，实现套接段焊缝金属的固相联结；(10)将一端焊接完成的空心铜管(1301)水平翻转180度，使空心铜管(1301)的未焊接端与送料的空心铜芯(1302)位置相对；(11)重复步骤(2)‑(9)，完成空心铜管(1301)另一端的焊接。...

【技术特征摘要】
1.一种激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)装夹空心铜管(1301)；(2)将空心铜芯(1302)的一端插入空心铜管(1301)内，两者间隙配合；(3)在空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的下方设置高频感应加热线圈，要求线圈形状与尺寸与套接段对应匹配，沿套接段轴向尺寸不超过套接长度；在空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的上方设置高频感应焊的挤压轮；(4)在激光器的输出端连接电子光闸分束器，用于将激光器输出的一束激光分时输出到两路，一路用于切断较长的空心铜芯，另一路用于激光焊接；(5)输出焊接激光束，聚焦于空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端位置，进行固定点焊，用于初步固定空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)的相对位置；(6)输出切割激光束，根据工件的长度要求，采用激光切断空心铜芯(1302)，并通过支撑使其保持平衡；(7)输出焊接激光束，通过伺服电机驱动空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)一起匀速旋转，使得聚焦激光束沿着空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端位置扫描一圈，使空心铜管(1301)与空心铜芯(1302)实现熔融焊合且熔深不超过空心铜芯内壁面，从而获得空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的管侧端激光环焊缝；(8)高频感应加热线圈通电，通过伺服电机驱动空心铜管(1302)匀速旋转，使得空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段预热均匀；(9)当预热温度达到设定值后，套接段高频感应加热区域在高频电流的作用下发生表面薄层熔化，迅速通过挤压轮时，实现套接段焊缝金属的固相联结；(10)将一端焊接完成的空心铜管(1301)水平翻转180度，使空心铜管(1301)的未焊接端与送料的空心铜芯(1302)位置相对；(11)重复步骤(2)-(9)，完成空心铜管(1301)另一端的焊接。2.根据权利要求1所述的激光切割与激光复合焊接结合的套接管制备方法，其特征在于，步骤(9)和步骤(10)之间还可以接着输出焊接激光束，通过伺服电机驱动空心铜管(112)与空心铜管(1301)一起匀速旋转，使得聚焦激光束沿着空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的芯侧端位置再扫描一圈，使空心铜管(1301)与空心铜芯(1302)实现熔融焊合且熔深不超过空心铜芯内壁面，获得空心铜芯(1302)与空心铜管(1301)套接段的芯侧端激光环焊缝。3.一种用于实现权利要求1所述方法的套接管制备装置，其特征在于，包括工作台(1)，以及安装在工作台(1)上的夹紧旋转组件(2)、上料组件(3)、旋转取料组件(4)、高频感应加热组件(5)、激光切割组件(6)、激光器组件(7)、激光焊接组件(8)、矫直器组件(9)、铜芯支撑组件(10)、挤压轮组件(11)和料斗(12)；所述夹紧旋转组件(2)包括伺服电机(201)、电机支座(202)、法兰(203)、三爪气缸(204)和气爪手指(205)，伺服电机(201)通过电机支座(202)安装在工作台(1)上，三爪气缸(204)通过法兰(203)与伺服电机(201)配合同轴装配，气爪手指(205)安装于三爪气缸(204)上，两者组成夹紧结构用于装夹空心铜管(1301)；所述上料组件(3)包括振动盘(303)、上料支架(302)、两个滑槽(301)和两个弹性挡套，所述上料支架(302)的底部安装在工作台(1)上，所述两个滑槽(301)相隔一定距离的竖直安装在上料支架(302)上；两个弹性挡套分别安装在两个滑槽(301)的末端；振动盘(303)的输出端延伸至两组滑槽(301)的位置；空心铜管(1301)经振动盘(303)输送至两个滑槽(301)处，经两个滑槽(301)落入两个弹性挡套之间；所述旋转取料组件(4)包括X向气缸(401)、导轨板(402)、气缸固定座(403)、X向滑轨(404)、嵌入卡件(405)、移动板(406)、带导轨气缸(407)、转接件(408)、旋转气缸固定板(409)、旋转气缸(410)、二爪气缸(411)、气动手指(412)和Y向气缸(413)；所述导轨板(402)、X向气缸(401)、移动板(406)、气缸固定座(403)、X向滑轨(404)和嵌入卡件(405)组成X方向移动机构，所述导轨板(402)通过螺钉固定安装在工作台(1)上；导轨板(402)的两侧设置有凹槽，移动板(406)装配在所述凹槽内，与导轨板(402)间隙配合，两者组成一直线运动副；X向气缸(401)通过气缸固定座(403)固定安装在移动板(406)上；X向滑轨(404)固...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鑫磊，于艳玲，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33