一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统及方法与流程

1.本发明涉及焊接领域，尤其是一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统及方法。


背景技术：

2.由于铝合金的高导热率、低电离能以及对激光反射等特性，导致其焊接过程稳定性很差，匙孔易坍塌产生气孔缺陷。此外，由于铝合金激光-电弧复合焊焊接速度快，熔池冷却速度快，且熔池窄而深，熔池内部气体在焊缝凝固前来不及逸出，加剧了铝合金焊缝产生气孔的风险。熔池冷却速度过快还易导致焊缝成分不均匀，产生成分偏析，从而造成接头性能降低。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决上述问题，提供了一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统及方法，解决了厚板铝合金的激光-电弧复合焊气孔率较高的问题，解决了因冷速过快，熔池流动不充分造成的焊缝成分不均匀问题。
4.一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统，包括：振动装置和探针，所述振动装置驱动探针振动，所述探针包括螺旋形的搅动部。
5.进一步地，所述探针还包括直线形的第一连接部，所述搅动部和第一连接部一体成型，所述振动装置包括超声波发生器、换能器和变幅杆，所述超声波发生器与换能器电性连接，所述换能器与变幅杆固定连接，所述变幅杆驱动搅动部和第一连接部振动。
6.进一步地，还包括第一夹头，所述第一夹头与变幅杆固定连接，所述第一夹头与第一连接部可拆卸连接。
7.进一步地，还包括第一夹头、第一壳体、电机和第二夹头，所述变幅杆与第二夹头固定连接，所述第二夹头与第一壳体固定连接，所述电机位于第一壳体内部并与第一壳体固定连接，所述电机的输出轴与第一夹头固定连接，所述第一连接部上端穿入第一壳体后与第一夹头固定连接。
8.进一步地，还包括电热丝和导电滑环，所述探针还包括第二连接部，所述搅动部、第一连接部和第二连接部均为中空的管体，
9.所述搅动部远离第一连接部的一端与第二连接部一体成型并相连通，所述第二连接部远离搅动部的一端与第一连接部固定连接且相连通，
10.所述导电滑环位于第一壳体内部，所述导电滑环的定子与第一壳体内壁固定连接，所述电机的输出轴穿过导电滑环的转子并与导电滑环的转子固定连接，
11.所述电热丝依次经过第一连接部、搅动部和第二连接部后返回第一连接部内部，所述电热丝两端分别穿过第一连接部并与导电滑环的转子的转子出线电性连接，所述导电滑环的定子的定子出线穿出第一壳体。
12.进一步地，还包括第一夹头、第一壳体、电机、第二夹头、电动推杆和第二壳体，所
述变幅杆与第二夹头固定连接，所述第二夹头与第一壳体固定连接，所述电动推杆位于第一壳体内部并与第一壳体固定连接，所述电动推杆的推杆与第二壳体固定连接，所述第二壳体与第一壳体内壁滑动连接，所述电机位于第二壳体内部并与第二壳体固定连接，所述电机的输出轴与第一夹头固定连接，所述第一连接部上端穿入第一壳体后与第一夹头固定连接。
13.进一步地，还包括电热丝和导电滑环，所述探针还包括第二连接部，所述搅动部、第一连接部和第二连接部均为中空的管体，
14.所述搅动部远离第一连接部的一端与第二连接部一体成型并相连通，所述第二连接部远离搅动部的一端与第一连接部固定连接且相连通，
15.所述导电滑环位于第二壳体内部，所述导电滑环的定子与第二壳体内壁固定连接，所述电机的输出轴穿过导电滑环的转子并与导电滑环的转子固定连接，
16.所述电热丝依次经过第一连接部、搅动部和第二连接部后返回第一连接部内部，所述电热丝两端分别穿过第一连接部并与导电滑环的转子的转子出线电性连接，所述导电滑环的定子的定子出线穿出第二壳体和第一壳体。
17.进一步地，还包括第一夹头、第一壳体、电机、线圈，所述第一壳体与变幅杆固定连接，所述电机的壳体与第一壳体内壁固定连接，所述电机的输出轴伸出第一壳体并与第一壳体转动连接，所述电机的输出轴与第一夹头固定连接，所述第一夹头与第一连接部可拆卸连接，所述电机驱动搅动部偏心转动，所述搅动部为含铁材料制成，所述搅动部外侧固定设置有陶瓷涂层，所述线圈位于搅动部上方，所述线圈用于加热搅动部；
18.还包括安装板和连接杆，所述线圈与安装板固定连接，所述连接杆两端分别与第一壳体和安装板固定连接。
19.进一步地，还包括激光焊接系统和电弧焊焊接系统，所述探针用于搅拌激光焊接系统和电弧焊焊接系统在含铝工件上形成的熔池。
20.一种使用所述的降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统的方法，包括以下步骤：
21.步骤一：将含铝工件在工作台安装固定，调整好焊接间隙；
22.步骤二：调整激光焊接系统和电弧焊焊接系统，使其各参数满足工艺要求；
23.步骤三：使探针位含铝工件的间隙的正上方；
24.步骤四：启动激光焊接系统和电弧焊焊接系统，开始焊接，此时在焊缝位置出现熔池；
25.步骤五：启动振动装置并加热探针，使探针伸入熔池中，在探针的搅拌及振动作用下，熔池中的金属充分流动，且熔池内存在的小气泡聚集长大，并从熔池中浮出，从而降低了焊缝中产生气孔的风险；
26.步骤六：焊接结束前，提前关闭振动装置，使探针提前从熔池中抽离。
27.本发明具有如下优点：本发明通过探针的搅拌及振动作用，保证了熔池金属的充分流动，使熔池内存在的小气泡聚集长大并从熔池中浮出，从而降低了焊缝中产生气孔的风险，提高了铝合金的焊接质量。通过探针的使用，既实现了熔池流动性的增加，又通过振动的方式，促进了熔池内气体的逸出，解决了厚板铝合金的激光-电弧复合焊气孔率较高的问题。此外，与整体振动焊接平台或振动装置带动被焊接件实现振动相比，本发明可避免焊
件的整体振动，降低焊接难度，防止因振动导致焊接开始时的焊件开裂。
28.通过发热的探针来减慢熔池中液态金属的凝固速度，解决了因冷速过快，熔池流动不充分造成的焊缝成分不均匀问题。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
30.图1：本发明的搅拌部的立体结构示意图；
31.图2：实施例一的结构示意图；
32.图3：实施例二的结构示意图；
33.图4：实施例三的结构示意图；
34.图5：实施例四的结构示意图；
35.图6：本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.实施例一：
41.如图1、图2和图6所示，本实施例提供了一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统，包括：振动装置和探针，所述振动装置驱动探针1振动，所述探针1包括螺旋形的搅动部11。
42.进一步地，所述探针1还包括直线形的第一连接部12，所述搅动部11和第一连接部12一体成型，所述振动装置包括超声波发生器31、换能器32和变幅杆33，所述超声波发生器31与换能器32电性连接，所述换能器32与变幅杆33固定连接，所述变幅杆33驱动搅动部11和第一连接部12振动。
43.进一步地，还包括第一夹头4，所述第一夹头4与变幅杆33固定连接，所述第一夹头4与第一连接部12可拆卸连接。
44.进一步地，所述探针1直径为0.1mm-1mm，材料为耐高温的金属钨。
45.工作原理：
46.步骤一：将含铝工件10在工作台安装固定，调整好焊接间隙；
47.步骤二：调整激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，使其各参数满足工艺要求；
48.步骤三：使探针1位含铝工件10的间隙的正上方；
49.步骤四：启动激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，开始焊接，此时在焊缝101位置出现熔池100；
50.步骤五：启动振动装置，使探针1伸入熔池100中，在探针1振动作用下，熔池100中的金属充分流动，且熔池100内存在的小气泡聚集长大，并从熔池100中浮出，从而降低了焊缝101中产生气孔的风险；
51.步骤六：焊接结束前，提前关闭振动装置，使探针1提前从熔池100中抽离。
52.其中，探针1与激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动，换能器32的外壳与升降装置连接，升降装置驱动换能器32和探针1同步上下运动。升降装置可以安装在安装有激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9的机械臂或焊接小车上，从而保证探针1随着激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动。
53.弹簧形螺旋的搅动部11可以增加与熔池100中液态金属的接触面积，使整个熔池100中的液态金属都处于高频振动状态，从而使熔池100中的气泡充分逸出熔池100。
54.弹簧形螺旋的搅动部11具有弹簧可伸缩的弹性特性，除了周向的振动位移外，搅动部11通过其自身的伸缩具有上下方向的振动位移，从而可以更充分的搅动熔池100中的液态金属。
55.其中，图6中的焊接方向为从右到左。
56.实施例二：
57.如图3和图6所示，本实施例提供了一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统，包括：振动装置和探针，所述振动装置驱动探针1振动，所述探针1包括螺旋形的搅动部11。
58.进一步地，所述探针1还包括直线形的第一连接部12，所述搅动部11和第一连接部12一体成型，所述振动装置包括超声波发生器31、换能器32和变幅杆33，所述超声波发生器31与换能器32电性连接，所述换能器32与变幅杆33固定连接，所述变幅杆33驱动搅动部11和第一连接部12振动。
59.进一步地，还包括第一夹头4、第一壳体5、电机6和第二夹头34，所述变幅杆33与第二夹头34固定连接，所述第二夹头34与第一壳体5固定连接，所述电机6位于第一壳体5内部并与第一壳体5固定连接，所述电机6的输出轴与第一夹头4固定连接，所述第一连接部12上端穿入第一壳体5后与第一夹头4固定连接。
60.进一步地，还包括电热丝2和导电滑环51，所述探针1还包括第二连接部13，所述搅动部11、第一连接部12和第二连接部13均为中空的管体，
61.所述搅动部11远离第一连接部12的一端与第二连接部13一体成型并相连通，所述第二连接部13远离搅动部11的一端与第一连接部12固定连接且相连通，
62.所述导电滑环51位于第一壳体5内部，所述导电滑环51的定子与第一壳体5内壁固定连接，所述电机6的输出轴穿过导电滑环51的转子并与导电滑环51的转子固定连接，
63.所述电热丝2依次经过第一连接部12、搅动部11和第二连接部13后返回第一连接部12内部，所述电热丝2两端分别穿过第一连接部12并与导电滑环51的转子的转子出线电性连接，所述导电滑环51的定子的定子出线穿出第一壳体5。
64.进一步地，所述电热丝2直径为0.1mm-1mm，材料为耐高温的金属钨，探针1为耐高温且不导电的材料制成，如陶瓷材料。
65.工作原理：
66.步骤一：将含铝工件10在工作台安装固定，调整好焊接间隙；
67.步骤二：调整激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，使其各参数满足工艺要求；
68.步骤三：使探针1位含铝工件10的间隙的正上方；
69.步骤四：启动激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，开始焊接，此时在焊缝101位置出现熔池100；
70.步骤五：启动振动装置并加热探针1，使探针1伸入熔池100中，在搅动部11的偏心旋转及高频振动作用下，熔池100中的金属充分流动，且熔池100内存在的小气泡聚集长大，并从熔池100中浮出，从而降低了焊缝101中产生气孔的风险；
71.步骤六：焊接结束前，提前关闭振动装置，使探针1提前从熔池100中抽离。
72.其中，探针1与激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动，换能器32的外壳与升降装置连接，升降装置驱动换能器32和探针1同步上下运动。升降装置可以安装在安装有激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9的机械臂或焊接小车上，从而保证探针1随着激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动。
73.弹簧形螺旋的搅动部11可以增加与熔池100中液态金属的接触面积，使整个熔池100中的液态金属都处于高频振动状态，从而使熔池100中的气泡充分逸出熔池100。同时，电热丝2通电发热，从而减慢熔池100中的液态金属的冷却速度，使熔池100中的气泡有时间充分逸出。
74.其中，图3和图6中的焊接方向为从右到左。超声波发生器31、换能器32、变幅杆33、电机6和导电滑环51等部件均为现有技术，内部结构图中未示出。
75.实施例三：
76.如图4和图6所示，本实施例提供了一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统，包括：振动装置和探针，所述振动装置驱动探针1振动，所述探针1包括螺旋形的搅动部11。
77.进一步地，所述探针1还包括直线形的第一连接部12，所述搅动部11和第一连接部12一体成型，所述振动装置包括超声波发生器31、换能器32和变幅杆33，所述超声波发生器31与换能器32电性连接，所述换能器32与变幅杆33固定连接，所述变幅杆33驱动搅动部11和第一连接部12振动。
78.进一步地，还包括第一夹头4、第一壳体5、电机6、第二夹头34、电动推杆52和第二壳体53，所述变幅杆33与第二夹头34固定连接，所述第二夹头34与第一壳体5固定连接，所述电动推杆52位于第一壳体5内部并与第一壳体5固定连接，所述电动推杆52的推杆与第二壳体53固定连接，所述第二壳体53与第一壳体5内壁滑动连接，所述电机6位于第二壳体53内部并与第二壳体53固定连接，所述电机6的输出轴与第一夹头4固定连接，所述第一连接部12上端穿入第一壳体5后与第一夹头4固定连接。
79.进一步地，还包括电热丝2和导电滑环51，所述探针1还包括第二连接部13，所述搅动部11、第一连接部12和第二连接部13均为中空的管体，
80.所述搅动部11远离第一连接部12的一端与第二连接部13一体成型并相连通，所述第二连接部13远离搅动部11的一端与第一连接部12固定连接且相连通，
81.所述导电滑环51位于第二壳体53内部，所述导电滑环51的定子与第二壳体53内壁固定连接，所述电机6的输出轴穿过导电滑环51的转子并与导电滑环51的转子固定连接，
82.所述电热丝2依次经过第一连接部12、搅动部11和第二连接部13后返回第一连接部12内部，所述电热丝2两端分别穿过第一连接部12并与导电滑环51的转子的转子出线电性连接，所述导电滑环51的定子的定子出线穿出第二壳体53和第一壳体5。
83.进一步地，所述电热丝2直径为0.1mm-1mm，材料为耐高温的金属钨，探针1为耐高温且不导电的材料制成，如陶瓷材料。
84.工作原理：
85.步骤一：将含铝工件10在工作台安装固定，调整好焊接间隙；
86.步骤二：调整激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，使其各参数满足工艺要求；
87.步骤三：使探针1位含铝工件10的间隙的正上方；
88.步骤四：启动激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，开始焊接，此时在焊缝101位置出现熔池100；
89.步骤五：启动振动装置并加热探针1，电动推杆52驱动探针1伸入熔池100中，在探针1的偏心旋转及高频振动作用下，以及电动推杆52驱动探针1在熔池100中(此时探针1不完全抽出熔池100)不断往复上下运动下，熔池100中的液态金属充分流动，且熔池100内存在的小气泡聚集长大，并从熔池100中浮出，从而降低了焊缝101中产生气孔的风险；
90.步骤六：焊接结束前，提前关闭振动装置，电动推杆52驱动探针1提前从熔池100中抽离。
91.其中，探针1与激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动，换能器32的外壳安装在安装有激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9的机械臂或焊接小车上，从而保证探针1随着激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动。
92.弹簧形螺旋的搅动部11可以增加与熔池100中液态金属的接触面积，使整个熔池100中的液态金属都处于高频振动状态，从而使熔池100中的气泡充分逸出熔池100。同时，电热丝2通电发热，从而减慢熔池100中的液态金属的冷却速度，使熔池100中的气泡有时间充分逸出。
93.其中，本实施例将探针1抽出熔池100不需要第一壳体5等部件整体移动，从而使得上下移动的部件的重量和惯性较小，便于探针1在熔池100中的快速动作。
94.其中，图6中的焊接方向为从右到左。超声波发生器31、换能器32、变幅杆33、电机6和导电滑环51等部件均为现有技术，内部结构图中未示出。
95.实施例四：
96.如图5和图6所示，本实施例提供了一种降低铝合金激光-电弧复合焊气孔的焊接系统，包括：振动装置和探针，所述振动装置驱动探针1振动，所述探针1包括螺旋形的搅动部11。
97.进一步地，所述探针1还包括直线形的第一连接部12，所述搅动部11和第一连接部
12一体成型，所述振动装置包括超声波发生器31、换能器32和变幅杆33，所述超声波发生器31与换能器32电性连接，所述换能器32与变幅杆33固定连接，所述变幅杆33驱动搅动部11和第一连接部12振动。
98.进一步地，还包括第一夹头4、第一壳体5、电机6、线圈7，所述第一壳体5与变幅杆33固定连接，所述电机6的壳体与第一壳体5内壁固定连接，所述电机6的输出轴伸出第一壳体5并与第一壳体5转动连接，所述电机6的输出轴与第一夹头4固定连接，所述第一夹头4与第一连接部12可拆卸连接，所述电机6驱动搅动部11偏心转动，所述搅动部11为含铁材料制成，所述搅动部11外侧固定设置有陶瓷涂层111，所述线圈7位于搅动部11上方，所述线圈7用于加热搅动部11；
99.还包括安装板71和连接杆72，所述线圈7与安装板71固定连接，所述连接杆72两端分别与第一壳体5和安装板71固定连接。
100.进一步地，还包括激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，所述探针1用于搅拌激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9在含铝工件10上形成的熔池100。
101.进一步地，所述探针1直径为0.1mm-1mm，材料为耐高温的不锈钢。
102.工作原理：
103.步骤一：将含铝工件10在工作台安装固定，调整好焊接间隙；
104.步骤二：调整激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，使其各参数满足工艺要求；
105.步骤三：使探针1位含铝工件10的间隙的正上方；
106.步骤四：启动激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9，开始焊接，此时在焊缝101位置出现熔池100；
107.步骤五：启动振动装置和给线圈7通电，线圈7通过电磁感应原理加热探针1，使探针1伸入熔池100中，在探针1的搅拌及高频振动作用下，熔池100中的金属充分流动，且熔池100内存在的小气泡聚集长大，并从熔池100中浮出，从而降低了焊缝101中产生气孔的风险；
108.步骤六：焊接结束前，提前关闭振动装置，使探针1提前从熔池100中抽离。
109.其中，探针1与激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动，换能器32的外壳与升降装置连接，升降装置驱动换能器32和探针1同步上下运动。升降装置可以安装在安装有激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9的机械臂或焊接小车上，从而保证探针1随着激光焊接系统8和电弧焊焊接系统9同步运动。
110.弹簧形螺旋的搅动部11可以增加与熔池100中液态金属的接触面积，使整个熔池100中的液态金属都处于高频振动状态，从而使熔池100中的气泡充分逸出熔池100。同时，搅动部11自身发热，从而减慢熔池100中的液态金属的冷却速度，使熔池100中的气泡有时间充分逸出。
111.其中，陶瓷涂层111可以避免融化的铝附着凝固在搅动部11外侧。
112.其中，图6中的焊接方向为从右到左。超声波发生器31、换能器32、变幅杆33、电机6等部件均为现有技术，内部结构图中未示出。
113.上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。