[发明专利]一种激光辅助摩擦搅拌焊机

说明书

本发明属于激光加工制造技术领域，提供一种新型激光辅助摩擦搅拌焊机，包括动力总成、传动总成、旋转总成、激光传输与发射总成、支撑总成、搅拌头总成。动力总成的电机主轴与传动总成的皮带轮通过键连接，实现轴向定位。传动总成的主轴皮带轮与电机皮带轮连接，将电机旋转运动传递给上部芯轴。旋转总成的上下部芯轴连接，端盖安装光纤旋转连接器，下部芯轴与搅拌头总成的夹头连接。支撑总成构成该焊机的机架，用于连接和支撑相关零部件，支撑总成的支撑臂与可移动机架连接，实现该焊机在空间三自由度的平动。本发明结构紧凑，配置合理，能将激光辅助加热与摩擦搅拌焊接有效地耦合，激光的利用率高，可极大地提高焊接效率。

技术领域

本发明属于激光加工制造技术领域，涉及固相焊接和固相表层裂纹修复领域，尤其涉及一种激光辅助摩擦搅拌焊机。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用工件端面和侧面与被焊接基材之间发生相对运动，通过摩擦生热使被焊材料达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。摩擦焊方法在制造业中以其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用。

随着生产要求的不断提高，新的焊接方法被不断提出，对于常规摩擦搅拌而言，焊接基材发生热塑变形所需的热量主要来自搅拌针轴肩与基材表面的摩擦生热，为保证充足的热源，搅拌针轴肩与基材的接触力要足够大，这样势必会去除一定材料造成焊接材料表面的损伤。为此，采用其他能源辅助搅拌摩擦焊接的技术被提出以降低常规摩擦搅拌焊接所需的下压力和前进力。中国公开发明专利CN103008897A公开了一种结合激光和搅拌摩擦焊的复合焊接方法，具体涉及在待焊接板的背面布置第一束激光，在待焊接板的正面布置摩擦搅拌头和第二束激光束，但多束激光器的分散布置会增加焊机结构的复杂性，以及机器在工作过程中所需的同步控制要求更高。中国公开发明专利CN103846563A公开了一种激光搅拌摩擦焊接方法及其装置，其主体内容是指采用激光束加热搅拌头的方法来完成辅助焊接，采用激光加热搅拌头势必会增加搅拌头对材料的要求，搅拌头的结构更加复杂，降低激光的热效率。

由此可见，采用高效的复合热源焊接是当前焊接技术的一个发展趋势。为了能实现激光产热与搅拌针的直接耦合，提高激光利用效率，降低待焊接基材的表面损伤，为此本发明提出了一种结构更加紧凑合理的激光辅助摩擦搅拌焊机。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的提供一种激光辅助摩擦搅拌焊机，以实现前进力小、激光利用效率高、待焊材料损伤小的目的，采用激光辅助加热，该焊机较常规摩擦搅拌焊机所需扭矩和动力较小，同时所采用的搅拌针没有轴肩与材料表面的相互作用，对基材的损伤更小。该焊机结构紧凑，配置合理，具备较高的焊接效率。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种激光辅助摩擦搅拌焊机，包括动力总成、传动总成、旋转总成、激光传输与发射总成、支撑总成、搅拌头总成。

所述的动力总成主要包括电机28、电机外壳30和用于固定电机28的螺柱27。电机28底部均布四个通孔，并通过螺柱27与电机外壳30固定连接。电机28主轴上端设有键槽和螺纹，电机28主轴与皮带轮通过键29连接并通过固定螺母31实现轴向定位。

所述的传动总成主要包括传动皮带33、主轴皮带轮5、电机皮带轮32。主轴皮带轮5与电机皮带轮32通过V形传动皮带33连接，由此将电机28主轴的旋转运动传递给上部芯轴7。传动皮带33、主轴皮带轮5和电机皮带轮32三者处于同一水平面内以保证传动的稳定性，其具体设计参数可参考国家标准GB11544-98和GB/T10412-2002。