[發明專利]一種擺動激光-超聲復合焊接方法

有效

• 申請號: 202010438292.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111673272B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 雷正龍;黎炳蔚;陳源;陳彥賓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K26/12
• 分類號: B23K26/12;B23K26/346;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于它是按照以下步驟進行的：

步驟一:將工件的待焊接部位根據需要加工成所需要的精度，并對工件加工后的兩側表面進行打磨或清洗；

步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上，超聲發生裝置的超聲變幅桿垂直于待焊工件表面，超聲發生裝置端頭下方距離待焊工件表面8～12cm；

步驟三:激光離焦量為﹣5～﹢5mm，激光功率為1000～8000W，焊接速度為0.5～5m/min，激光擺動頻率為20～400Hz，擺動幅度為0.5～8mm，超聲振動頻率為10kHz～1MHz，振動幅度為5μm～30μm，保護氣采用Ar氣或其他混合氣體，流量為20～60L/min；

步驟四:在實際焊接過程中，采用機器人集成系統控制焊接工藝參數，首先施加超聲振動，然后激光器控制發出激光，最后控制機器人使得復合焊接頭運動完成焊接過程。

2.根據權利要求1所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于所述的超聲發生裝置包括超聲發生器和反射式激光頭；

所述的超聲發生器由超聲換能器（1）、超聲變幅桿（2）、反射式聚焦鏡（3）、高透玻璃窗口（4）、第一插入式玻璃保護鏡片（5）和變幅桿端頭（6）組成；反射式激光頭由光纖（7）、準直鏡（8）、振鏡掃描反射鏡（9）和第二插入式玻璃保護鏡片（10）組成；

超聲發生器由上至下分別為超聲換能器（1）、超聲變幅桿（2）、反射式聚焦鏡（3）、高透玻璃窗口（4）和第一插入式玻璃保護鏡片（5）；超聲換能器（1）與超聲變幅桿（2）螺紋連接，在超聲變幅桿（2）底部安裝有變幅桿端頭（6）；超聲變幅桿（2）側壁上設置有高透玻璃窗口（4），高透玻璃窗口（4）與L型激光通道連通，L型激光通道頂部連接有光纖（7）；由光纖（7）發出的激光依次經過設置在L型激光通道內的準直鏡（8）、振鏡掃描反射鏡（9）和第二插入式玻璃保護鏡片（10），并通過高透玻璃窗口（4），經由設置在超聲變幅桿（2）內的反射式聚焦鏡（3）反射后經過設置在超聲變幅桿（2）內的第一插入式玻璃保護鏡片（5），經過變幅桿端頭（6）聚焦于待焊工件表面。

3.根據權利要求2所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于準直鏡（8）靠近于光纖（7）設置，振鏡掃描反射鏡（9）設置在L型激光通道的拐角處，第二插入式玻璃保護鏡片（10）靠近高透玻璃窗口（4）設置。

4.根據權利要求2或3所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于由光纖（7）發射的豎直向下的激光經過準直鏡（8）后，由振鏡掃描反射鏡（9）變為橫向激光，并依次經過第二插入式玻璃保護鏡片（10）和高透玻璃窗口（4），經由反射式聚焦鏡（3）變為豎直激光向下依次經過第一插入式玻璃保護鏡片（5）和變幅桿端頭（6）聚焦于待焊工件表面。

5.根據權利要求2或3所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于第二插入式玻璃保護鏡片（10）和高透玻璃窗口（4）外圍設置有活動式護罩。

6.根據權利要求1所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于反射式聚焦鏡（3）內安裝有水冷裝置。

7.根據權利要求1所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于在超聲變幅桿（2）兩側開設有焊接保護氣通入孔，且位于第一插入式玻璃保護鏡片（5）下方。

8.根據權利要求1所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于激光器為CO₂氣體激光器、YAG固體激光器、半導體激光器或光纖激光器。

9.根據權利要求1所述的一種擺動激光-超聲復合焊接方法，其特征在于激光離焦量為﹣5～﹢5mm，激光功率為2000～8000W，焊接速度為1～3m/min，激光擺動頻率為50～200Hz，擺動幅度為1～5mm，超聲振動頻率為100kHz～1MHz，振動幅度為5μm～20μm，保護氣采用Ar氣或其他混合氣體，流量為30～40L/min。