一种激光焊接装夹机构制造技术

本实用新型专利技术属于焊接领域，公开了一种激光焊接装夹机构装置：所述装置包含位于待焊工件底部的支撑块和位于待焊工件上部的压块，所述支撑块与压块之间互相压合以使待焊工件位置固定。所述压块留有使激光束作用在待焊工件上表面的间隔，并且朝向间隔的压块面上具有开孔，所述开孔在焊接过程中为保护气体提供通道，或者提供吸力以收集飞溅。所述支撑块具有小于上板压块的间隔，以及类似的开孔。同时，所述支撑块与所述压块内部通过冷却液体或者高温介质。温介质。温介质。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接装夹机构


[0001]本技术涉及激光焊接领域，具体涉及一种激光焊接装夹机构。

技术介绍

[0002]在交通行业的车身结构、通用设备与建筑行业的钣金外观、能源电力等行业的热管理系统冷却件，以及其他类似产品中，存在大量薄板组合结构，以多层板叠层搭接和拼焊对接为主。
[0003]冷却板是一种叠层搭接组合工件，通常具有密封保压要求，常用的材料是铝合金、不锈钢，部分使用镀锌钢板等。现有激光焊技术通常不能满足表面质量要求与连续焊缝不泄露等条件，从而导致激光焊技术难以获得规模化应用，不能实现生产效率的提升与制造成本的降低。尤其是新能源汽车冷却板铝合金叠层组合激光焊面临着焊缝气孔、裂纹、薄板底层板易焊透等问题，不能满足产品保压密封、接触面平整等使用要求。
[0004]除了连续密封保压要求对激光焊工艺本身的挑战以外，薄板冷却板产品还存在以下特点：1、焊缝总长度大，有的产品焊缝可达数十米，焊接过程容易形成热量累积，导致产品件焊后容易产生较大的变形；2、接触面平整度要求高，部分产品对焊缝余高、焊接飞溅控制要求严格。激光焊过程会产生烟尘，焊接烟尘会在一定程度上阻碍激光束能量作用在材料表面，从而造成焊接过程不稳定，引起焊接飞溅；当材料为镀锌钢板时，由低沸点的锌镀层形成的焊接烟尘将造成更加剧烈的能量阻碍，并且锌蒸气也将造成焊接熔池产生大量飞溅。除此之外，铝合金、不锈钢等材料在高功率激光焊接、以及光束摆动焊接时，也容易产生飞溅。材料上非均匀的油污也会造成焊接烟尘突变，引起焊接质量缺陷。
[0005]激光拼焊板是一种对接拼焊结构，其连续焊缝对焊接质量一致性要求极高，涂层材料或者焊接烟尘也会影响焊接质量的稳定性，造成局部焊接缺陷。
[0006]可见，产品激光焊接既存在焊缝质量的工艺问题，又存在产品应用的外观、功能要求，现有技术无法同时、或者单独满足上述要求。焊接烟尘对焊缝质量与产品质量具有不利的影响，是现有技术忽略的地方。
[0007]在现有技术中，对焊接烟尘的影响通常考虑对生产环境的影响，比如文献CN114054987A中描述的除烟防护装置，用来对烟尘进行过滤处理，保护工作环境；另外，有考虑对焊接头光学器件的影响，比如文献CN109153096B中描述的激光头上的第一空气喷嘴，通过高速空气去除从保护气升起的烟雾及溅射物。

技术实现思路

[0008]为了解决薄板结构产品激光焊接焊接烟尘及其飞溅造成的焊缝不稳定和表面飞溅粘黏，影响产品整体平面度和接触面平整度；同时解决焊接热循环和热量累积造成焊接接头应力及其引起的变形和接头性能等问题，本技术提供一种专用激光焊接装夹激光装置。
[0009]本技术提供的一种技术方案为：
[0010]一种激光焊接装夹机构，用于薄板的叠层或拼接焊接，其特点在于，包含与待焊工件上表面接触的压块和与待焊工件下表面接触的支撑块，所述压块与支撑块之间存在相互朝向的作用力，以使待焊工件位置固定；
[0011]所述压块存在空白区域以使所述待焊工件待焊区域的上表面暴露，焊接光束能够作用于待焊区域，并且压块朝向上表面待焊区域的面存在断续分布的压块小孔；
[0012]所述支撑块在与压块空白区域对应的位置也存在空白区域，以使待焊区域的下表面暴露，并且支撑块朝向下表面待焊区域的面存在断续分布的支撑块小孔；
[0013]所述压块小孔和/或支撑块小孔连接真空泵，通过所述小孔分别对上表面和/或下表面的待焊区域施加吸力作用，从而吸收焊接过程中产生的焊接烟尘和飞溅。
[0014]所述小孔开口任意两点线段长度不大于6mm。
[0015]在一优选例种，所述装夹机构装置的压块空白区域间隔距离D1满足W1≤D1≤W1+10mm，其中W1为空白区域对应上表面焊缝宽度。
[0016]同时，所述装夹机构装置的支撑块空白区域间隔距离D2满足W2≤D2≤D1，其中W2为空白区域对应下表面焊缝宽度；当W2＝0时，即叠层组合下表面未焊透，则支撑块可以不存在空白区域。
[0017]在另一优选例中，所述激光焊接装置装夹机构的压块和支撑块的小孔具有闭合功能，在焊接之前所述小孔关闭，在焊接激光束作用区域对应的小孔在激光束到达对应位置之前提前打开，激光束离开对应位置一段时间之后关闭，以使激光束作用与小孔作用处于实时同步状态；所述小孔的闭合可以通过设置在小孔连接通道内或者小孔出口位置的挡片遮挡实现，所述挡片通过来回机构改变位置实施开合。
[0018]在另一优选例中，所述装夹机构装置的压块和支撑块所述空白区域两边的小孔中至少一边的小孔用于对待焊区域的上表面和下表面分别施加保护气体，以避免焊缝形成过程中受到空气影响；保护气体可以通过外接压缩气瓶实施，通过保护气体排出压块和支撑块空白区域的空气，使焊缝在高温状态时免受氧化。空白区域两边的小孔可以一边提供保护气体，一边提供吸力作用。
[0019]在另一优选例中，所述装夹机构装置的压块内部存在连通的空腔，所述空腔与所述小孔的连续通道不存在相交串通区域；所述空腔底部与压块和叠层组合上表面接触面的距离不大于3mm；所述空腔与外部冷却系统连接，以使焊接过程中冷却介质在压块内部的空腔中循环流动；所述冷却系统是水温设置在5
‑
15℃的冷却水循环机。
[0020]同时，所述装夹机构装置的支撑块内部也存在连通的空腔，所述空腔与外部冷却系统连接，以使焊接过程中冷却介质在压块内部的空腔中循环流动。
[0021]在另一优选例中，所述压块或支撑块内部空腔的至少一个与外部加热系统连接，以使高温介质存在空腔内部，所述高温介质是具有30
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90℃的循环水，或者100
‑
300℃的熔融盐或者油。
[0022]本技术的有益效果在于：
[0023]1.通过焊接装置装夹机构压块和支撑块小孔吸力作用，能够实时吸收激光焊过程中的烟尘和飞溅，避免飞溅对表面的粘黏损伤，消除低沸点表面涂层、油污等不稳定因素造成的飞溅和气孔等缺陷。
[0024]2.通过焊接装置装夹机构压块和支撑块小孔提供保护气体，能够实时对焊缝正面
和背面进行保护以避免氧化；也方便提供工艺所需的其他气体，辅助气孔消除、组织改善等。
[0025]3.通过焊接装置装夹机构压块和支撑块的小孔在对应激光束焊接位置打开，在非焊接位置闭合的特征，能够有效减少吸力设备功率或者保护气体需求量，增加吸力作用效果或者保护气作用效果。
[0026]4.通过焊接装置装夹机构压块和支撑块小孔提供吸力或者保护气体，对激光焊接系统本身的气路没有额外的要求，不需要通过现有技术(比如CN109153096B)激光头自带的管路或者气体外加管路实施，避免了可能造成的可达性问题，使装夹机构具有广泛的适用性。
[0027]5.通过焊接装置装夹机构压块和支撑块内部腔体接通冷却系统，实现焊接过程中材料吸收激光束能量的快速扩散，避免焊接激光能量的累积，抑制常规技术中由于热量累积引起的焊接产品变形。通过焊缝上下的双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接装夹机构，用于薄板的叠层或拼接焊接，其特征在于，包含与待焊工件上表面接触的压块和与待焊工件下表面接触的支撑块，所述压块与支撑块之间存在相互朝向的作用力，以使待焊工件位置固定；所述压块存在空白区域以使所述待焊工件待焊区域的上表面暴露，焊接光束能够作用于待焊区域，并且压块朝向上表面待焊区域的面存在断续分布的压块小孔；所述支撑块在与压块空白区域对应的位置也存在空白区域，以使待焊区域的下表面暴露，并且支撑块朝向下表面待焊区域的面存在断续分布的支撑块小孔；所述压块小孔和/或支撑块小孔连接真空泵，通过所述小孔分别对上表面和/或下表面的待焊区域施加吸力作用，从而吸收焊接过程中产生的焊接烟尘和飞溅。2.如权利要求1所述一种激光焊接装夹机构，其特征在于，所述压块内设有与压块小孔连接的压块小孔连接通道，所述支撑块内设有与支撑块小孔连接的支撑块小孔连接通道，所述的压块小孔连接通道和/或支撑块小孔连接通道连接保护气体源，通过所述小孔分别对上表面和/或下表面的待焊区域施加保护气体，从而避免焊缝形成过程中受到得空气影响。3.如权利要求2所述一种激光焊接装夹机构，其特征在于，在所述压块内部存在连通压块小孔的压块空腔，所述压块空腔与外部冷却系统连接，以使焊接过程中冷却介质在压块空腔中循环流动；和/或，在所述支撑块内部存在连通支撑块小孔的支撑块空腔，该支撑块空腔与外部冷却系统连接，以使焊接过程中冷却介质在支撑块空腔中循环流动。4.如权利要求3所述一种激光焊接装夹机构，其特征在于，所述的压块空腔和/或支撑块空腔与外部加热系统连接，以使高温介质存在空腔内部。5.如权利要求4所述一种激光焊接装夹机构，其特征在于，所述的高温介质是具有30
‑
90℃的循环水，或100
‑
300℃的熔融盐或者油...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶武，杨上陆，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：