一种制造复合板的激光压力焊接机构的制作方法

本实用新型涉及复合板材制造技术领域，具体地说是一种制造复合板的激光压力焊接机构。

背景技术：

随着现代工业技术的发展和各种新技术、新产业的出现，人们对材料性能的要求日益增高，在某些工况条件下单层材料的性能已经很难满足使用要求，而通过各种不同方法将不同材料复合为一体制备而成的复合板材能够获得单层材料所不具有的物理、化学性能以及力学特性，满足高强度、高比刚度、抗疲劳性、尺寸稳定、耐磨、抗振等性能要求，同时大大节省稀贵材料，降低成本，目前已广泛应用于化工、电力、机械、船舶、航空等领域。

例如，要求具备抗腐蚀能力的压力容器以不锈钢制造为宜，但成本较高，如果采用普通碳素钢与不锈钢复合而成的板材制造这类压力容器，不锈钢板的厚度仅需为整体厚度的2％～10％，这样不仅达到了压力容器的抗腐蚀性能，而且大大降低了成本。因此研究和制备新型复合材料成了材料科学与工程领域中一个重要的发展方向，开发研制新型复合材料具有十分紧迫的现实意义，也必将带来显著的经济效益和社会效益。

爆炸、轧制以及爆炸+轧制复合法是目前使用的3种主要的层状复合板的制造方法。

爆炸复合是将基板平放在一个平坦坚固的工作台上，将复层板以一定角度置于基层板的上方，并将炸药布置在复层板上方，为防止较薄的复层板损坏，常常在炸药和复层板之间垫上一层金属或其它材料的缓冲板，通过引爆炸药产生的高强度化学能驱动复层板对基层板产生极强的高速斜碰撞，碰撞点产生的瞬间高压不仅破坏了板表层的氧化薄膜，露出了新鲜的表面，而且在露出的新鲜表面上形成了一薄层具有塑性变形、熔化、扩散以及波形特征的焊接过渡区，从而使两板间界面达到原子间的结合，达到具有一定剪切强度的复合材料。

轧制复合法是指金属板在受到轧机施加于其上的强大压力作用下，在两层金属的待复合表面发生塑性变形，使表面金属层破裂，洁净而活化的金属层从破裂的金属表面露出，在强大压力作用下，形成平面状的冶金结合，在后续的热处理过程中结合面继续扩大，形成稳固结合。轧制复合与单金属板轧制的根本区别在于，必须施以大的初始道次压下量，促使复合面的物理接触。轧制复合又可分为热轧复合和冷轧复合。

轧制复合法虽然可以生产不同厚度和表面质量较高的层状复合板，但是复合板的组元成份和宽度受到轧机轧制能力限制，而且对于生产较薄的(≤6mm)和对表面质量要求更高的层状金属复合板则比较困难。人们综合爆炸、轧制两种生产方法的优缺点后，提出了一种爆炸+轧制复合法，即先通过爆炸复合法制备较厚的复合板坯，再根据不同的要求，通过热轧、冷轧或热轧+冷轧的工艺轧制成所需的金属复合板。

上述三种复合板的制造方法都存在一些缺点：1、上述三种复合方法都不能连续化生产，只能单件生产，效率很低；2、爆炸复合的影响因素很复杂，如炸药的型号和数量、复层板与基层板放置时的夹角和间距、缓冲材料的选择等，因此难以预测各个因素的影响，难以规范化控制爆炸复合工艺，也难以大量生产；3、轧制复合需要复杂昂贵的轧制设备。

激光焊接技术是20世纪60年代起发展起来的一种先进的焊接方法，与传统的焊接方法相比，激光焊接效率高、变形小、可达性好，且不受电磁干扰，不需要真空环境，不产生x射线，特别是随着激光器输出功率(目前可实际应用的光纤激光器功率可达2万w)、光束质量的不断发展，也为激光技术在材料加工方面的应用不断开拓新的领域。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种制造复合板的激光压力焊接机构，通过特定的光学系统聚焦激光束形成线性光斑，并将线性光斑导入两个板材之间的α角区域角端，利用偏振光的布儒斯特效应，提高板材对激光的吸收效率，并借助于两个滚轮的压力将板材叠焊在一起，不仅有效保证生产质量，而且生产效率也大大提高。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种制造复合板的激光压力焊接机构，包括激光发生器、激光移动机构、聚焦镜、聚焦镜移动机构、固定滚轮和动滚轮，激光发生器通过所述激光移动机构驱动移动，聚焦镜通过所述聚焦镜移动机构驱动移动，两个板材输入至固定滚轮和动滚轮之间，且两个板材之间形成一个α角区域，激光发生器发射的激光束经所述聚焦镜聚焦形成线性光斑并折射入所述α角区域的角端，所述激光发生器和聚焦镜沿着y向同步往复移动，所述两个板材通过所述固定滚轮和动滚轮施加压力连接。

所述激光移动机构设有一个具有x、y、z三个方向移动自由度的发生器移动座，所述激光发生器安装于所述发生器移动座上。

所述激光移动机构包括x向驱动组件、x向横梁、y向驱动组件、y向横梁、z向驱动组件和z向安装座，其中两个x向横梁平行设置，所述y向横梁两端分别与不同x向横梁滑动连接，每个x向横梁上均设有x向驱动组件，且y向横梁端部分别通过对应的x向驱动组件驱动沿着x向同步移动,所述z向安装座与y向横梁滑动连接，y向驱动组件设于y向横梁上，且所述z向安装座通过所述y向驱动组件驱动沿着y向移动，z向驱动组件安装于所述z向安装座上，且所述发生器移动座通过所述z向驱动组件驱动沿着z向升降。

所述x向驱动组件包括x向电机、x向丝杠和x向丝母，其中x向丝杠通过x向电机驱动转动，x向丝母套装于x向丝杠上，且所述x向丝母与所述y向横梁的对应侧端部固连。

所述y向驱动组件包括y向电机、y向丝杠和y向丝母，其中y向丝杠通过y向电机驱动转动，y向丝母套装于y向丝杠上，且所述y向丝母与所述z向安装座固连。

所述z向驱动组件包括z向电机、z向丝杠和z向丝母，所述发生器移动座与所述z向安装座滑动连接，z向丝杠通过z向电机驱动转动，z向丝母套装于z向丝杠上，且z向丝母与所述发生器移动座固连。

所述聚焦镜移动机构设有一个沿着y向移动的聚焦镜移动座，聚焦镜安装于所述聚焦镜移动座上。

所述固定滚轮和动滚轮分别通过不同的驱动电机驱动转动。

所述动滚轮以及动滚轮驱动电机安装于一个动滚轮架上，且所述动滚轮架通过一个轮架驱动装置驱动移动。

本实用新型的优点与积极效果为：

1、本实用新型通过特定的光学系统聚焦激光束形成线性光斑，并将线性光斑导入两个板材之间的α角区域角端，利用偏振光的布儒斯特效应，提高板材对激光的吸收效率，并借助于两个滚轮的压力将板材叠焊在一起，有效保证生产质量。

2、本实用新型复合焊接时，一方面激光发生器和聚焦镜同步沿着y向往复移动，以完成板材宽度方向表面极薄层的金属加热或者熔化，另一方面固定滚轮和动滚轮利用摩擦力不断送入板材，实现板材的连续输入焊接，大大提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型工作原理示意图，

图2为本实用新型采用的激光移动机构示意图，

图3为图1中的动滚轮俯视图。

其中，1为激光束，2为聚焦镜移动机构，3为聚焦镜，4为第一板材，5为第二板材，6为固定滚轮，7为动滚轮，8为动滚轮驱动电机，9为轮架驱动装置，10为y向驱动组件，101为y向电机，102为y向横梁，11为x向驱动组件，111为x向电机，112为x向横梁，12为z向驱动组件，121为z向电机，122为z向安装座，13为动滚轮架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～3所示，本实用新型包括激光发生器、激光移动机构、聚焦镜3、聚焦镜移动机构2、固定滚轮6和动滚轮7，激光移动机构和聚集镜移动机构2均安装于一个基础框架上，且激光发生器通过所述激光移动机构驱动调整，聚焦镜3通过所述聚焦镜移动机构2驱动调整，固定滚轮6和动滚轮7安装于所述基础框架上且设于聚焦镜移动机构2下方，如图1所示，本实用新型工作时，第一板材4绕过固定滚轮6后进入所述固定滚轮6和动滚轮7之间，第二板材5绕过动滚轮7后进入所述固定滚轮6和动滚轮7之间，并且所述固定滚轮6和动滚轮7输入侧的第一板材4和第二板材5之间形成一个α角区域，激光发生器发射的激光束1经所述聚焦镜3聚焦形成线性光斑并折射入所述α角区域的角端，以实现第一板材4和第二板材5表面极薄层金属的加热或熔化，并且所述聚焦镜移动机构2带动聚焦镜3沿着y向(也即板材宽度方向)往复移动，同时激光移动机构带动激光发生器沿着y向与所述聚焦镜3同步往复移动，从而完成两个板材整个宽度方向上的表面极薄层金属加热或熔化，然后第一板材4和第二板材5进入固定滚轮6和动滚轮7之间，并通过所述固定滚轮6和动滚轮7施加压力实现连接。所述激光发射器为本领域公知技术且为市购产品。

如图2所示，所述激光移动机构设有一个具有x、y、z三个方向移动自由度的发生器移动座，所述激光发生器安装于所述发生器移动座上，并通过所述发生器移动座带动实现x、y、z三个方向的调整，所述聚焦镜移动机构2设有一个聚焦镜移动座，聚焦镜3安装于所述聚焦镜移动座上并通过所述聚焦镜移动座带动移动。本实施例中，所述聚焦镜3为柱面聚焦镜。

如图2所示，所述激光移动机构包括x向驱动组件11、x向横梁112、y向驱动组件10、y向横梁102、z向驱动组件12和z向安装座122，其中两个x向横梁112平行设置，所述y向横梁102两端分别通过滑轨滑块组件与不同x向横梁112滑动连接，每个x向横梁112上均设有x向驱动组件11，且两个x向横梁112上的x向驱动组件11通过控制系统控制驱动y向横梁102两个端部同时移动,从而实现整个y向横梁102带动y向驱动组件10沿着x向移动，所述z向安装座122通过滑轨滑块组件与y向横梁102滑动连接，y向驱动组件10设于y向横梁102上，且所述z向安装座122通过所述y向驱动组件10驱动沿着y向移动，z向驱动组件12安装于所述z向安装座122上，且所述发生器移动座通过所述z向驱动组件12驱动沿着z向升降。

如图2所示，本实施例中，所述x向驱动组件11包括x向电机111、x向丝杠和x向丝母，其中x向丝杠通过x向电机111驱动转动，x向丝母套装于x向丝杠上，且所述x向丝母与所述y向横梁102的对应侧端部固连，x向电机111驱动x向丝杠转动，进而驱动x向丝母带动y向横梁102沿着x向移动。

如图2所示，本实施例中，所述y向驱动组件10包括y向电机101、y向丝杠和y向丝母，所述y向电机101、y向丝杠和y向丝母均安装于所述y向横梁102上，其中y向丝杠通过y向电机101驱动转动，y向丝母套装于y向丝杠上，且所述y向丝母与所述z向安装座122固连，y向电机101驱动y向丝杠转动，进而驱动y向丝母带动z向安装座122沿着y向移动。

如图2所示，本实施例中，所述z向驱动组件12包括z向电机121、z向丝杠和z向丝母，所述发生器移动座通过滑轨滑块组件与所述z向安装座122滑动连接，所述z向电机121、z向丝杠和z向丝母均安装在所述z向安装座122上，其中z向丝杠通过z向电机121驱动转动，z向丝母套装于z向丝杠上，且z向丝母与所述发生器移动座固连，z向电机121驱动z向丝杠转动，进而驱动z向丝母带动所述发生器移动座沿着z向升降。

本实施例中，所述聚焦镜移动机构2的结构与所述激光移动机构中的y向驱动组件10相同，均包括y向电机101、y向丝杠和y向丝母，所述y向电机101和y向丝杠安装于所述基础框架上，所述y向丝母与所述聚焦镜移动座固连。

所述固定滚轮6和动滚轮7分别通过驱动电机驱动连续转动，并依靠固定滚轮6与第一板材4之间的摩擦力以及动滚轮7与第二板材5之间的摩擦力驱动两侧板材不断送进固定滚轮6和动滚轮7之间，以实现连续输入焊接，本实用新型通过调整驱动电机转速保证第一板材4和第二板材5同步输入。所述动滚轮7可移动地设置于所述基础框架上，一方面动滚轮7移动可调整与固定滚轮6之间的间隙，以能够实现对不同板厚板材的复合焊接，另一方面也可以保证固定滚轮6与动滚轮7之间施加足够压力，以使两侧板材表面经过激光束1加热或熔化后在压力作用下实现连接。

如图3所示，所述动滚轮7以及动滚轮驱动电机8安装于一个动滚轮架13上，所述动滚轮架13通过滑轨滑块组件可移动地安装于所述基础框架上，且所述动滚轮架13通过一个轮架驱动装置14驱动移动，以实现固定滚轮6与动滚轮7之间的间隙调整以及压力调整。本实施例中，所述轮架驱动装置14为气缸。

本实用新型的工作原理为：

如图1所示，本实用新型的基本原理是将激光发生器发出的激光束1聚焦成线性光斑，并经聚焦镜3折射导向第一板材4与第二板材5之间的α角区域角端的焊接区，并利用材料表面对垂直偏振光的高反射特性，使激光能量在焊接区高效率地被吸收，并使两侧板材表面极薄层的金属加热或熔化，然后通过固定滚轮6和动滚轮7施加压力实现两个板材连接，其中所述激光移动机构用于精确调整激光发生器的位置，以保证激光束1聚焦后形成线性光斑并准确进入α角区域角端，并避免熔化过多板材材料。

复合焊接时，一方面聚焦镜3通过所述聚焦镜移动机构2带动沿着y向往复移动，同时激光发生器通过所述激光移动机构带动与所述聚集镜3同步沿着y向往复移动，以完成两个板材宽度方向(也即固定滚轮6轴向)表面极薄层的金属加热或熔化，另一方面所述固定滚轮6和动滚轮7分别通过驱动电机驱动连续转动，并依靠固定滚轮6与第一板材4之间的摩擦力以及动滚轮7与第二板材5之间的摩擦力驱动两侧板材不断送进固定滚轮6和动滚轮7之间，实现连续扫描焊接，大大提高生产效率。