激光拼焊设备和激光拼焊方法
【专利摘要】一种激光拼焊设备，通过电磁铁平台替代传统拼焊设备的压紧机构，结构简单，使得待焊板材上方空间十分宽裕，不会影响到焊接头的活动；使用电磁铁产生的吸力来替代传统拼焊设备的压紧机构向下的压力来达到固定板材的目的，可以克服焊接时产生的应力而避免焊缝开裂，也能避免使用压紧机构造成板材表面的压痕，并且不会出现受力不均影响焊接效果的情况。本发明还公开一种激光拼焊方法。
【专利说明】激光拼焊设备和激光拼焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及拼焊设备，特别是涉及一种激光拼焊设备和激光拼焊方法。
【背景技术】
[0002]现在激光拼焊在汽车市场高档车上已广泛应用，已是世界上最先进的轿车车身制造技术。通过对不同厚度、不同涂层、不同材质的钢板进行激光焊接后冲压成型，不仅可以充分发挥原材料的性能、降低轿车重量、增加轿车的抗冲击防撞性能，还可降低轿车10% —15%的生产成本。在未来随着技术门槛及生产成本的下降，将逐渐运用到中低档汽车上，将有非常广阔的市场前景。国内市场上激光拼焊企业主要为独资和中外合资的形式，宝钢与法国阿塞勒公司，武钢与美国诺贝公司，鞍钢与德国蒂森克虏伯激光拼焊板有限公司均成立了合资厂，各汽车厂对拼焊板的需求强烈。目前在汽车市场领域，奥迪的全系列车型，大众的迈腾、速腾、帕萨特等车型，福特、雪佛兰、别克、标致等部分车型现在在激光拼焊方面都有成熟的运用，目前国内自主品牌企业，如奇瑞等，也将激光拼焊制造工艺作为未来重点引进的技术。市场前景非常的广阔。
[0003]传统的不等厚板激光拼焊设备大多采用液压油缸带动压紧机构对焊接板材进行压紧的方式来进行焊接，此结构复杂，造成待焊板材上方空间十分狭小，容易影响到焊接头的活动；且压紧机构底部的各个压爪很难调整至一个水平面上，从而导致板材压紧时候各个点的受力不均而影响焊接效果。传统的压紧机构的压爪对板面也极易对板材造成划痕而影响客户使用。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种不需要压紧机构的激光拼焊设备和激光拼焊方法。
[0005]一种激光拼焊设备，包括载板台和活动的焊接头；
[0006]所述载板台包括:
[0007]电磁铁平台；所述电磁铁平台用于承载板材，并能够通过电磁吸力将所述板材控制在所述电磁铁平台上；
[0008]设于所述电磁铁平台旁侧的顶升装置；所述顶升装置能够上下移动，用于在下料时将板材从所述电磁铁平台托举起来；
[0009]设于所述电磁铁平台旁侧的上下料平台；所述上下料平台包括多个滚轮，所述滚轮用于在上料或下料时推送板材。
[0010]在其中一个实施例中，还包括定位装置，用于上料时定位板材。
[0011]在其中一个实施例中，所述定位装置包括两个可伸缩地嵌于所述电磁铁平台中、用于定位板材的长边的定位销和固定在导轨上、用于定位板材的宽边的定位块；所述导轨延伸方向与定位板材的长边方向平行，所述定位块解除固定后能够沿导轨滑动。
[0012]在其中一个实施例中，所述电磁铁平台包括相互拼合的第一电磁铁块和第二电磁铁块，所述第一电磁铁块和所述第二电磁铁块分别用于承载一块需要拼焊的板材；
[0013]所述顶升装置有四个，分别为第一顶升装置、第二顶升装置、第三顶升装置和第四顶升装置；所述第一顶升装置和第二顶升装置设于所述第一电磁铁块旁侧，所述第三顶升装置和第四顶升装置设于所述第二电磁铁块旁侧；
[0014]所述上下料平台有两个，分别为第一上下料平台和第二上下料平台；所述第一上下料平台设于所述第一电磁铁块旁侧，所述第二上下料平台设于所述第二电磁铁块旁侧；
[0015]所述定位销嵌于所述第一电磁铁块的边沿，所述边沿为所述第一电磁铁块和所述第二电磁铁块拼合的边沿。
[0016]在其中一个实施例中，包括两套所述载板台。
[0017]在其中一个实施例中，还包括用于为所述电磁铁平台降温的降温装置。
[0018]在其中一个实施例中，还包括抽风装置，所述抽风装置跟随所述焊接头移动，用于抽走所述焊接头焊接过程中产生的烟尘。
[0019]在其中一个实施例中，所述顶升装置包括用于接触板材的顶升滚轮，所述顶升滚轮能够调节高度。
[0020]在其中一个实施例中，所述滚轮能够调节高度。
[0021]一种激光拼焊方法，包括步骤:
[0022]将板材放置在电磁铁平台上；
[0023]所述电磁铁平台产生电磁吸力将所述板材控制在所述电磁铁平台上；
[0024]拼焊所述板材；
[0025]通过控制电流使所述电磁铁平台的电磁吸力减少或消失；
[0026]将所述板材托举起来；
[0027]将所述板材从所述电磁铁平台移下。
[0028]上述激光拼焊设备和激光拼焊方法，通过电磁铁平台替代传统拼焊设备的压紧机构，结构简单，使得待焊板材上方空间十分宽裕，不会影响到焊接头的活动；使用电磁铁产生的吸力来替代传统拼焊设备的压紧机构向下的压力来达到固定板材的目的，可以克服焊接时产生的应力而避免焊缝开裂，也能避免使用压紧机构造成板材表面的压痕，并且不会出现受力不均影响焊接效果的情况。
[0029]同等电流下电磁铁对不同厚度板材所产生的电磁吸紧力并不相同。为适应多种厚度规格的板材拼焊，电磁铁的电流为可调节式，用以产生不同的电磁吸力来对应不同板厚的板材，节约能源。
[0030]下料时通过顶升装置将板材托举起来离开电磁铁平台台面，能完全避免焊接后的板材产生的焊渣等尖锐小颗粒划伤电磁铁平台，并且使得工人下料时更加方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为一个实施例的激光拼焊设备的正视图；
[0032]图2为图1的激光拼焊设备的侧视图；
[0033]图3为图1的激光拼焊设备的立体图；
[0034]图4为图3中焊接头附近忽略抽风装置和保护壳时的局部细节图；
[0035]图5为一个实施例的顶升装置的立体图；
[0036]图6为图5的顶升装置的侧视图；
[0037]图7为一个实施例的激光拼焊方法的流程图。
【具体实施方式】
[0038]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0039]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0040]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0041]一种激光拼焊设备，包括载板台和活动的焊接头。
[0042]载板台包括:
[0043]电磁铁平台；电磁铁平台用于承载板材，并能够通过电磁吸力将板材控制在电磁铁平台上。
[0044]设于电磁铁平台旁侧的顶升装置；顶升装置能够上下移动，用于在下料时将板材从电磁铁平台托举起来。
[0045]设于电磁铁平台旁侧的上下料平台；上下料平台包括多个滚轮，滚轮用于在上料或下料时推送板材。
[0046]上述激光拼焊设备，通过电磁铁平台替代传统拼焊设备的压紧机构，结构简单，使得待焊板材上方空间十分宽裕，不会影响到焊接头的活动；使用电磁铁产生的吸力来替代传统拼焊设备的压紧机构向下的压力来达到固定板材的目的，可以克服焊接时产生的应力而避免焊缝开裂，也能避免使用压紧机构造成板材表面的压痕，并且不会出现受力不均影响焊接效果的情况。
[0047]请参阅图1至图4，一种激光拼焊设备，包括载板台100和活动的焊接头200，焊接头200的上部分由保护壳210包罩着。焊接头200可以在运动系统下，由三轴(X、Y、Z)的电机控制在三轴方向移动，每轴还分配有减速机，例如X轴减速机Hl。三轴的电机分别为第一直线电机Gl、第二直线电机G2和第三直线电机G3。
[0048]载板台100包括:
[0049]位于X轴的电磁铁平台110。电磁铁平台110用于承载板材，并能够通过电磁吸力将板材控制在电磁铁平台110上。板材主要是钢质板材，所以可以被电磁铁平台110吸住。请参阅图3，电磁铁平台110包括位于Y轴负向的第一电磁铁块111和位于Y轴正向的第二电磁铁块112 (图3中由于导轨143遮挡并没完全显示)。第一电磁铁块111用于承载板材，第二电磁铁块112用于承载另一块板材。第一电磁铁块111和第二电磁铁块112分别为矩形形状并且相互拼合。同等电流下电磁铁对不同厚度板材所产生的电磁吸紧力并不相同。为适应多种厚度规格的板材拼焊，电磁铁的电流为可调节式，用以产生不同的电磁吸力来对应不同板厚的板材，节约能源。
[0050]顶升装置120设于电磁铁平台110旁侧。图5为一个实施例的顶升装置的立体图，图6为图5的顶升装置的侧视图。顶升装置120能够上下移动，用于在下料时将板材从电磁铁平台110托举起来。顶升装置120包括用于接触、顶托和滚动推送板材的顶升滚轮125、滚轮安装块126、高度调整块127、连接块128和安装在连接块128下面的提供动力的顶升气缸129。高度调整块127通过螺丝1271可活动的安装在连接块128上，通过滚轮安装块126将顶升滚轮125固定在高度调整块127上，可以通过调整高度调整块127的高度使得顶升滚轮125也能够调节高度。
[0051]顶升装置120有四个，分别为第一顶升装置121、第二顶升装置122、第三顶升装置123和第四顶升装置124。第一顶升装置121和第二顶升装置122设于第一电磁铁块111上下料方向(Y轴负向)的旁侧，第三顶升装置123和第四顶升装置124设于第二电磁铁块112上下料方向(Y轴正向)的旁侧。下料时通过第一顶升装置121、第二顶升装置122、第三顶升装置123和第四顶升装置124将板材托举起来离开电磁铁平台110台面，能完全避免焊接后的板材产生的焊接尖峰划伤电磁铁平台110，并且通过顶升滚轮125滚动板材使得工人下料时更加方便。
[0052]高度可调的顶升滚轮125带来的有益效果是:当顶升装置120使用较长时间后会出现滚轮磨损或者机械磨损，导致顶升装置120高度可能会逐渐往下降低，可能顶不到板材，而且多个顶升装置120时也可能出现高低不平的情况；通过调整高度，可以使得顶升装置120都能同时较好的顶到板材，避免出现板材倾斜等情况。
[0053]设于电磁铁平台110旁侧的上下料平台130。请参阅图3，上下料平台130包括多个滚轮133，滚轮133用于在上料或下料时滚动推送板材。上下料平台130有两个，分别为第一上下料平台(图3中由于角度问题并没有完全显示)和第二上下料平台132。第一上下料平台设于第一电磁铁块111上下料方向(Y轴负向)旁侧，第二上下料平台132设于第二电磁铁块112上下料方向(Y轴正向)旁侧。第一顶升装置121、第二顶升装置122位于第一电磁铁块111和第一上下料平台之间，第三顶升装置123、第四顶升装置124位于第二电磁铁块112和第二上下料平台132之间。
[0054]与顶升滚轮125类似，滚轮133也能够调节高度，避免由于磨损而出现可能顶不到板材或者多个滚轮133出现高低不平的情况。顶升滚轮125、滚轮133可以采用耐磨且具备较好弹性的滚轮，例如聚氨酯滚轮。
[0055]请参阅图3，进一步的，还包括定位装置140，用于上料时定位板材。定位装置140包括两个位于X轴并嵌于电磁铁平台110中的定位销141、固定在导轨143上的定位块142。采用三点定位方式:即两个定位销141定位板材一边,而定位块142定位板材与前述那边垂直的一边。具体为，两个定位销141嵌于第一电磁铁块111的边沿，边沿为第一电磁铁块111和第二电磁铁块112拼合的边沿。两个定位销141用于定位板材的长边而定位块142用于定位板材的宽边。其中，定位销141能够从电磁铁平台110伸出和缩入。当需要定位时，定位销141伸出；当定位完毕后，定位销141缩入。
[0056]导轨143沿X轴向延伸，位于第二电磁铁块112上下料方向(Y轴正向)旁侧、并位于第二上下料平台132上方，定位块142解除固定后能够沿X轴的导轨143滑动。导轨143可以是可拆卸的。当需要定位时，定位块142沿X轴的导轨143滑动至定位位置，然后通过螺丝等锁定装置将其锁定在导轨143上。定位完毕后，可按需要将定位块解除固定将其移动至设定位置后固定锁死，甚至可以移开导轨143。
[0057]由于第一电磁铁块111和第二电磁铁块112拼合，因而定位销可以只有一套(嵌于第一电磁铁块111或第二电磁铁块112)，因为当两块需拼焊的板材的其中一块定位好后，就并不需要再通过另外的定位销定位另一块板材了，只需要对着已定位好的板材定位好长边，然后就可以通过另外的定位块定位好另外一块板材。例如，当其中一块板材(厚板)定位好并被第二电磁铁块112吸紧后，可以用厚板的焊缝边及第一电磁铁块111侧的定位块来对另一块板材(薄板)进行定位。
[0058]例如当厚板在第一电磁铁块111定位好并被吸紧后，可以用厚板的焊缝边及第二电磁铁块112侧的定位块来对另一块板材进行定位。
[0059]进一步的，电磁铁平台110下还包括用于为电磁铁平台110降温的降温装置(图未示)。降温装置可以是水冷降温装置，电磁铁平台110内部有水路通道，水路接入口及排出口位于电磁铁平台110侧边。通过不断向电磁铁平台110通入冷却水使之内部形成水冷循环达到对板材和电磁铁内部线圈降温的效果；既提升了板材的焊接质量，也能延长设备寿命。
[0060]请参阅图3，进一步的，还包括抽风装置160，抽风装置160跟随焊接头200移动，用于抽走焊接头200焊接过程中产生的烟尘。抽风装置160包括金属管道和软管，金属管道的抽风口在焊接过程中正对焊接焦点位置，金属管道尾端连接一根塑料软管，软管与除尘抽风机相连。抽风装置160能及时带走焊接时产生的大量烟尘以保证焊接质量，极大的提高了焊缝的均匀程度以及板面的清洁度。
[0061]进一步的，还包括为焊接头200提供能量的光纤激光发生器(图未示)。光纤激光发生器为能发射1064nm的激光器，例如Nd = YAG激光器。
[0062]请参阅图3，进一步的，为了提高工作效率，可以在一个焊接头200的情况下配置两套载板台，分别为载板台100A (工位I)和载板台100B (工位2)。当其中一个载板台在上料、定位操作时，另一个载板台则进行焊接操作，提高了工作效率。
[0063]上述激光拼焊设备，通过电磁铁平台替代传统拼焊设备的压紧机构，结构简单，使得待焊板材上方空间十分宽裕，不会影响到焊接头的活动；使用电磁铁产生的吸力来替代传统拼焊设备的压紧机构向下的压力来达到固定板材的目的，可以克服焊接时产生的应力而避免焊缝开裂，也能避免使用压紧机构造成板材表面的压痕，并且不会出现受力不均影响焊接效果的情况。
[0064]本发明还公开一种激光拼焊方法，请参阅图7。
[0065]一种激光拼焊方法，包括步骤:
[0066]步骤SlOO:将板材放置在电磁铁平台上。具体为，通过上下料平台将板材滚动推送至电磁铁平台，并通过定位装置将板材定位好。
[0067]步骤S200:电磁铁平台产生电磁吸力将板材控制在电磁铁平台上。具体为，对电磁铁平台通电，使电磁铁平台产生电磁吸力将板材吸在电磁铁平台上。同等电流下电磁铁对不同厚度板材所产生的电磁吸紧力并不相同。为适应多种厚度规格的板材拼焊，电磁铁的电流为可调节式，用以产生不同的电磁吸力来对应不同板厚的板材，节约能源。
[0068]步骤S300:拼焊板材。利用焊接头拼焊电磁铁平台上的板材，随焊接头移动的抽风装置将焊接时产生的大量烟尘抽走以保证焊接质量。
[0069]步骤S400:通过控制电流使电磁铁平台的电磁吸力减少或消失。当拼焊完毕，则控制电流使电磁铁平台的电磁吸力减少或消失。
[0070]步骤S500:将板材托举起来。控制顶升装置将板材从电磁铁平台顶起以脱离电磁铁平台。
[0071]步骤S600:将板材从电磁铁平台移下。此时再将板材移下，避免焊接后的板材产生的焊渣等尖锐小颗粒划伤电磁铁平台，并且使得工人下料时更加方便。
[0072]上述激光拼焊方法，通过电磁铁平台替代传统拼焊设备的压紧机构，结构简单，使得待焊板材上方空间十分宽裕，不会影响到焊接头的活动；使用电磁铁产生的吸力来替代传统拼焊设备的压紧机构向下的压力来达到固定板材的目的，可以克服焊接时产生的应力而避免焊缝开裂，也能避免使用压紧机构造成板材表面的压痕，并且不会出现受力不均影响焊接效果的情况。
[0073]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种激光拼焊设备，其特征在于，包括载板台和活动的焊接头； 所述载板台包括: 电磁铁平台；所述电磁铁平台用于承载板材，并能够通过电磁吸力将所述板材控制在所述电磁铁平台上； 设于所述电磁铁平台旁侧的顶升装置；所述顶升装置能够上下移动，用于在下料时将板材从所述电磁铁平台托举起来； 设于所述电磁铁平台旁侧的上下料平台；所述上下料平台包括多个滚轮，所述滚轮用于在上料或下料时推送板材。
2.根据权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于，还包括定位装置，用于上料时定位板材。
3.根据权利要求2所述的激光拼焊设备，其特征在于，所述定位装置包括两个可伸缩地嵌于所述电磁铁平台中、用于定位板材的长边的定位销和固定在导轨上、用于定位板材的宽边的定位块；所述导轨延伸方向与定位板材的长边方向平行，所述定位块解除固定后能够沿导轨滑动。
4.根据权利要求3所述的激光拼焊设备，其特征在于，所述电磁铁平台包括相互拼合的第一电磁铁块和第二电磁铁块，所述第一电磁铁块和所述第二电磁铁块分别用于承载一块需要拼焊的板材； 所述顶升装置有四个，分别为第一顶升装置、第二顶升装置、第三顶升装置和第四顶升装置；所述第一顶升装置和第二顶升装置设于所述第一电磁铁块旁侧，所述第三顶升装置和第四顶升装置设于所述第二电磁铁块旁侧； 所述上下料平台有两个，分别为第一上下料平台和第二上下料平台；所述第一上下料平台设于所述第一电磁铁块旁侧，所述第二上下料平台设于所述第二电磁铁块旁侧； 所述定位销嵌于所述第一电磁铁块的边沿，所述边沿为所述第一电磁铁块和所述第二电磁铁块拼合的边沿。
5.根据权利要求4所述的激光拼焊设备，其特征在于，包括两套所述载板台。
6.根据权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于，还包括用于为所述电磁铁平台降温的降温装置。
7.根据权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于，还包括抽风装置，所述抽风装置跟随所述焊接头移动，用于抽走所述焊接头焊接过程中产生的烟尘。
8.根据权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于，所述顶升装置包括用于接触板材的顶升滚轮，所述顶升滚轮能够调节高度。
9.根据权利要求1所述的激光拼焊设备，其特征在于，所述滚轮能够调节高度。
10.一种激光拼焊方法，其特征在于，包括步骤: 将板材放置在电磁铁平台上； 所述电磁铁平台产生电磁吸力将所述板材控制在所述电磁铁平台上； 拼焊所述板材； 通过控制电流使所述电磁铁平台的电磁吸力减少或消失； 将所述板材托举起来； 将所述板材从所述电磁铁平台移下。
【文档编号】B23K26/70GK104384716SQ201410472809
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】贺泓铭, 杨小玲, 张奎, 唐景龙, 陈根余, 陈燚, 高云峰 申请人:大族激光科技产业集团股份有限公司