[發明專利]集成激光與力學雙傳感器的微型攪拌焊接系統及焊接方法

有效

• 申請號: 201210428500.6
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103464888B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 趙維剛;喬鳳斌;封小松;范振昌
• 申請（專利權）人: 上海航天設備制造總廠
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明專利涉及一種可以實現超薄輕質合金金屬、銅等攪拌摩擦焊接的微型攪拌焊接系統，具體是一種集成激光與力學雙傳感器的微型攪拌焊接系統及焊接方法。

背景技術

鋁合金材料由于重量輕、抗腐蝕、易成形等優點受到眾多工業制造的青睞，隨著這種材料的性能的不斷提高如新型牌號的硬鋁、超硬鋁等材料的出現，在航空航天、高速列車、高速艦船等工業制造領域得到了越來越廣泛的應用。但是傳統的焊接方法焊接變形大是困擾其發展的一個重要問題。攪拌摩擦焊接現今有兩個方向，一個是超大、超厚板的焊接，一個是微型超薄板的焊接。自從TWI提出微型攪拌摩擦焊接以來，該技術得到廣泛的關注和深入的研究，特別是針對鋁合金材料，世界范圍的研究機構學校以及大公司都對此進行了深入細致的研究和工程應用開發，并且在諸多工業制造領域得到了成功應用。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種集成激光與力學雙傳感器的微型攪拌焊接系統及焊接方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種集成激光與力學雙傳感器的微型攪拌焊接系統，包括五軸機床平臺、焊接主軸、激光系統、力學傳感器、位移傳感器及控制系統，其中，力學傳感器安裝在焊接主軸上，位移傳感器安裝在五軸機床平臺上的導軌附近，激光系統安裝在五軸機床平臺上，所述控制系統分別與五軸機床平臺、激光系統、力學傳感器、位移傳感器相連接，并用于控制五軸機床平臺、激光系統、力學傳感器及位移傳感器的調整。

所述五軸機床平臺為串聯五軸聯動的雙擺頭機構，所述五軸包括X軸、Y軸、Z軸、C軸及S軸，其中，X軸、Y軸、Z軸為移動軸，C軸為旋轉軸，S軸俯仰軸。

所述三個移動軸精度為0.01mm，所述旋轉軸與俯仰軸的精度為1弧份。

所述激光系統包括激光傳感器，所述激光傳感器安裝在五軸機床平臺的Z軸的托板上，通過控制X、Y軸的運動，實現對整個臺面的工作覆蓋，以便進行工件焊縫識別和運動控制。

所述焊接主軸的最高轉速為8萬轉，其承受能力為200kg軸向力和150kg的徑向力。

所述位移傳感器為光柵尺。

一種集成激光與力學雙傳感器的微型攪拌焊接系統的焊接方法，包括以下步驟：

第一步，把需要焊接的器件放置在五軸機床平臺上，安裝固定后通過控制系統控制X、Y軸的運動進行運動，讓激光系統中的激光傳感器識別待焊接器件的焊縫起點；

第二步，激光系統自動識別器件的焊縫，然后把焊縫軌跡點參數保存到相應數據庫文件內；

第三步，工作人員在控制系統中編寫加工程序，設定焊接工藝參數；

第四步，在上述三步工作完成后，按下控制系統中的焊接啟動按鈕，工作人員現場觀察初始段焊接效果，并根據情況通過控制系統進行Z軸位移微調，待焊接穩定后，開啟控制系統中的自動焊接開關，切換至恒壓力位移控制，由控制系統自主控制余下焊縫的焊接；

第五步，控制系統自主讀取激光系統識別出來的焊縫軌跡，并完成焊接控制。

所述焊接工藝參數包括：焊接前進速度、轉速、Z軸的位移上下限。

所述控制系統控制X、Y軸的運動包括自動控制和手動控制。

本發明可以完成平面二維的有傾角焊接，同時可以完成空間三維的曲面。

本發明集成了力學傳感器和位移傳感器，力學傳感器可以測出三維的焊接力，同時綜合位移傳感器，系統完成恒壓力與位移的雙控制，在焊接過程中根據實時測控到數據，及時調整系統控制參數，以達到最優的焊接效果。

本發明集成了激光系統，焊接時激光系統對焊縫進行識別與實時跟蹤，解決工件尺寸小、焊接人員手動定位速度慢，精度不高等問題，可以完成小尺寸工件焊縫軌跡的自動識別和實時焊縫跟蹤與調整。

本發明解決了超薄鋁合金（0.2-1mm）的攪拌摩擦焊接問題，同時解決了小型零部件加工中自動定位問題，創新性的提出了一種集成了激光、力學、位移等傳感器的智能微型攪拌焊接系統，并闡述了其原理和實現方法。