[发明专利]随焊超声-振镜扫描复合激光焊接系统及方法

权利要求书

1.一种随焊超声-振镜扫描复合激光焊接系统，其特征在于，包括振镜扫描激光焊接系统、超声发生系统以及PLC控制系统，其中：

振镜扫描激光焊接系统包括光纤激光电源、振荡扫描激光头以及工业机器人；

光纤激光电源发射激光光束；

振荡扫描激光头装配在工业机器人末端，通过连接夹具与超声发生系统相连，振荡扫描激光头引导激光光束作用在平行于待焊试板的平面内往复扫描运动；

工业机器人控制振荡扫描激光头和超声发生系统的运动；

超声发生系统包括超声变幅杆，超声变幅杆与振荡扫描激光头的相对位置固定，超声变幅杆端部与焊接试板接触；

PLC控制系统控制超声发生系统、工业机器人动作以及激光光束；

所述振荡扫描激光头包括可编程扫描振镜，激光光束经过可编程扫描振镜，可编程扫描振镜的反射角度通过计算机调节，实现激光光束角度的偏转；

所述振荡扫描激光头配备循环水冷却装置，与光纤激光电源相连；振荡扫描激光头出光端配有压缩空气保护气刀。

2.根据权利要求1所述的随焊超声-振镜扫描复合激光焊接系统，其特征在于，超声发生系统还包括超声电源、超声换能器、气缸、压缩空气生成装置及电磁阀，其中：

所述超声换能器将超声电源发出的电信号由超声换能器转化为超声频的机械振动，并通过超声变幅杆传递到焊接试板内；

气缸通过气体减压阀和电磁阀与压缩空气生成装置相连；

气缸持续为超声变幅杆提供压紧力；

气体减压阀改变进入气缸中的压缩空气的压力；

电磁阀与PLC控制系统相连。

3.根据权利要求1所述的随焊超声-振镜扫描复合激光焊接系统，其特征在于，所述连接夹具包括连接导轨和筒形固定夹具，其中：

所述筒形固定夹具用于夹持超声发生系统的超声换能器外壁；

所述连接导轨的一端通过螺栓与激光焊接头连接，另一端与筒形固定夹具转动连接。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的随焊超声-振镜扫描复合激光焊接系统的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：用砂纸打磨去除焊接试板表面的氧化膜，直至表面露出金属光泽，擦拭对接边及待焊面，去除表面油污；

步骤二：将处理后的焊接试板固定在焊接工装夹具上；

步骤三：调节振荡扫描激光头位置及姿态，使激光束在工件表面聚焦，且焦点位于待焊位置，并设置激光扫描参数；

步骤四：对焊接轨迹进行示教，调节连接夹具和旋转机构使超声振动头与焊接试板表面接触并与水平方向呈一定夹角，并使超声振动头偏置激光作用点一定距离；

步骤五：设置激光焊接参数、超声发生参数，开启与气缸相连的压缩空气并利用减压阀调节气体压力，开启激光焊接保护气；

步骤六：利用PLC控制系统开启激光电源、超声电源，超声波发生器先产生超声波作用于焊接试板，3s后振荡扫描激光头发出激光，激光束按设置的扫描轨迹摆动，同时工业机器人按预先示教的焊接轨迹行走开始焊接过程；

步骤七：工业机器人移动到焊接终止点位置，激光电源关闭，保持超声振动3s后关闭超声电源，依次关闭保护气、压缩空气；

所述步骤三中：激光离焦量为-1～+1mm；调节激光与竖直方向的夹角为5°～10°；扫描频率为25Hz～200Hz，扫描速度为30mm/s～60mm/s，扫描幅度为0.5mm～3mm；

所述步骤四中：焊接轨迹示教点包括初始位置点、焊接起始点和焊接终止点；定义连接夹具的X向平行于焊接方向，Y向垂直于焊接方向，Z向平行于焊接试板法向，超声振动头与水平方向的夹角为45°～65°，接触点相对于激光作用点X方向偏置0～25mm，Y方向偏置0～35mm；

所述步骤五中：激光焊接功率为2800～3600W，焊接速度为0.9～1.2m/min；保护气种类为纯氩，保护气在焊缝正、反两面同时施加，流量为15L/min；超声发生参数包括超声频率和振幅增益，频率为20kHz，振幅增益范围为5％～15％，对应超声振动头振幅范围为0.5～1.5μm。

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤一中，焊接试板采用D406A试板，D406A试板的厚度为2.5mm。