[發(fā)明專利]一種用于T型接頭的超聲振動(dòng)輔助雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接裝置與方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010526887.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN111822856A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 占小紅;陳丹;王磊磊;綦娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/14;B23K26/70
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本發(fā)明公開了一種用于T型接頭的超聲振動(dòng)輔助雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接裝置與方法，通過焊絲與二維超聲耦合從而將超聲振動(dòng)引入到焊接熔池中，使熔滴更易從焊絲底部脫離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)改善熔池結(jié)晶行為、細(xì)化晶粒、降低氣孔率、提高焊接過程穩(wěn)定性的目的。本發(fā)明主要包括雙激光束雙側(cè)同步焊接填絲系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)三部分，其特征在于，本發(fā)明結(jié)合雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接T型接頭結(jié)構(gòu)裝置特征利用焊絲引入超聲振動(dòng)，同時(shí)加入二維超聲耦合系統(tǒng)使熔滴過渡更加平穩(wěn)可控。本發(fā)明能夠改善雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接T型接頭中存在的氣孔問題并增強(qiáng)焊接過程熔滴過渡穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金激光填絲焊接領(lǐng)域，特別涉及雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接T型接頭超聲振動(dòng)輔助裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著近年來科學(xué)技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高強(qiáng)鋁鋰合金激光焊接結(jié)構(gòu)由于具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、熱導(dǎo)率，良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，被廣泛運(yùn)用于航空、航天等領(lǐng)域的大型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕量化制造。作為一種需求量日益遞增的理想航空航天材料，鋁鋰合金的焊接連接技術(shù)也成為了研究熱點(diǎn)之一。

激光焊光束能量密度極高，在焊接過程中具有熱輸入線能量小、焊接速度快以及焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，是一種連接可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)，焊接過程易于柔性化、集成化、自動(dòng)化的永久連接工藝。激光填絲焊在傳統(tǒng)激光焊的技術(shù)上，通過填絲使焊件加工裝配間隙的敏感性降低，并通過填絲向焊縫添加有益元素控制焊縫區(qū)域的合金成分，從而減小焊縫氣孔、咬邊等缺陷。對(duì)于航空、航天領(lǐng)域的高強(qiáng)鋁合金T型接頭結(jié)構(gòu)，由于其自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和整體精密性需求，傳統(tǒng)的激光填絲焊很難達(dá)到“控形控性”的目標(biāo)，而雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接工件變形小、焊縫質(zhì)量好、焊接效率高，是目前航空航天大型薄壁T型結(jié)構(gòu)件連接的新型高效連接方法。

在進(jìn)行激光焊接鋁合金時(shí)，由于高強(qiáng)鋁合金的焊接性能較差，對(duì)激光能量的高反射和較低的粘滯性使鋁合金激光焊接過程不穩(wěn)定，焊接接頭容易出現(xiàn)焊接氣孔、咬邊等缺陷，難以滿足航天航空領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接T型接頭中存在的問題，本發(fā)明提供一種通過引入超聲振動(dòng)輔助激光焊接的裝置和方法，利用超聲振動(dòng)的空化和聲流效應(yīng)對(duì)焊接過程和焊接質(zhì)量進(jìn)行控制和改善，以達(dá)到改善熔池結(jié)晶行為、細(xì)化晶粒、提高焊接過程穩(wěn)定性的目標(biāo)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段和方法實(shí)現(xiàn)上述工藝目的的。

一種用于T型接頭的超聲振動(dòng)輔助雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接裝置，包括雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)三部分。其中，雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接系統(tǒng)包括兩臺(tái)激光器、保護(hù)氣裝置、六軸焊接機(jī)器人、夾具；送絲系統(tǒng)包括焊絲盤、送絲滾輪、電動(dòng)機(jī)、減速器、送絲嘴；超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲電源、超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、固定裝置。

其中，利用機(jī)械臂將超聲振動(dòng)設(shè)備固定于送絲嘴上，二維超聲振動(dòng)裝置由橫向超聲波和縱向超聲波耦合而成，其所在平面的法線方向平行于焊絲。

優(yōu)選地，橫向超聲波平行于焊接方向，縱向超聲波與橫向超聲波呈90°角。

一種用于T型接頭的超聲振動(dòng)輔助雙激光束雙側(cè)同步填絲焊接方法，包括如下步驟：

步驟一、電源輸出到超聲波發(fā)生器，利用超聲波換能器的壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，然后通過變幅桿集中超聲能量，改變超聲波振動(dòng)幅度；

步驟二、將呈相互垂直的兩個(gè)超聲變幅桿與送絲嘴呈90°連接，令兩個(gè)變幅桿與送絲嘴三者之間兩兩垂直，變幅桿通過送絲嘴向焊絲傳遞振動(dòng)；

步驟三、調(diào)節(jié)橫向超聲體統(tǒng)與縱向超聲系統(tǒng)的超聲波參數(shù)，控制熔滴的過渡頻率，使焊接填絲過程更穩(wěn)定；

步驟四、開啟超聲振動(dòng)電源，將超聲振動(dòng)傳遞到焊絲上，待振動(dòng)穩(wěn)定傳遞后再開啟激光焊接電源進(jìn)行激光填絲焊接；