本發(fā)明涉及激光焊接，具體而言，涉及一種激光焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。高功率激光焊接技術正廣泛應用于航空航天、軌道車輛及新能源汽車制造行業(yè)，它具有焊接速度快,焊接熱輸入低，焊接變形小等優(yōu)點。

2、現(xiàn)有“常規(guī)高功率激光焊接技術”在焊接過程中，在焊接鋼板上具有明顯的效果，其具有焊接速度快，焊接穩(wěn)定，飛濺小等優(yōu)點，一般功率集中在2kw-3kw左右。但是，將上述技術應用于鋁合金工件焊接過程中通常會出現(xiàn)如下問題：由于鋁合金表面氧化層和鋁型材對激光有高反射率的原因，激光焊接需要更大的能量密度，要求激光束光斑直徑在0.3mm以下，焊接功率在5kw左右。由于母材在沒有形成熔池前，激光能量吸收率在10％至30％，為了擊碎表面氧化鋁，需要高能激光，一旦母材形成熔池后，激光吸收率快速增加到85％，極易導致焊縫的熔池波動。而且，液態(tài)鋁合金的表面張力比液態(tài)鐵低很多,從而造成鋁合金焊接過程熔池非常容易下垂，導致焊接產(chǎn)品的焊縫背部產(chǎn)生背透，尤其在6系鋁合金背部容易產(chǎn)生焊接裂紋，導致工件漏氣，產(chǎn)生大量的焊接和氣密不良。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：如何在鋁合金焊接過程中降低熔池波動，以及如何改善鋁合金焊接過程中的熔池下垂現(xiàn)象。

2、本發(fā)明提供一種激光焊接系統(tǒng)，包括：激光頭、電磁線圈和移動座，所述激光頭與所述移動座用于沿鋁合金工件上焊道的延伸方向做同步運動，所述電磁線圈設置于所述移動座上，且所述電磁線圈用于通電以產(chǎn)生交變磁場。

3、本發(fā)明提供的一種激光焊接系統(tǒng)，相較于現(xiàn)有技術，具有但不局限于以下有益效果：

4、本發(fā)明所述的激光焊接系統(tǒng)，可將激光頭與移動座分別安裝在例如焊接機器人上，即通過焊接機器人來實現(xiàn)同步運動，對鋁合金工件進行激光焊接前，需將鋁合金工件的位置固定，例如通過夾具固定，然后分別使激光頭和移動座移動至初始位置(鋁合金工件上焊道的一端)，其中激光頭位于鋁合金工件上焊道的上方，電磁線圈位于焊道的下方，且電磁線圈的軸線沿豎直方向設置，且不與鋁合金工件的下端面接觸，即電磁線圈與鋁合金工件的下端面存在間隙，該間隙可以是2mm，在接通激光頭發(fā)射激光束之前，將電磁線圈通電以產(chǎn)生交變磁場，然后接通激光頭向焊道上發(fā)射激光束，同時激光頭與移動座沿鋁合金工件上焊道的延伸方向做同步運動，直至焊接結束。在上述的工作過程中，電磁線圈用作交流線圈，其用于產(chǎn)生交變磁場(振蕩磁場)，電磁線圈產(chǎn)生的交變磁場方向始終向上垂直于焊接路徑，交變磁場對熔池具有攪拌效應，可提高焊縫金屬材料流動性，從而在鋁合金焊接過程中可以降低熔池波動，并且交變磁場產(chǎn)生的向上的洛倫茲力會抵消熔池的流體靜壓力，以消除熔池的下垂效應，如此通過交變磁場對熔池進行支撐，從而避免穿透的問題，同時通過移動座可以使電磁線圈實時處于熔池正下方，以保證焊接處均能得到支撐。本發(fā)明的激光焊接系統(tǒng)，相對于現(xiàn)有技術，一方面可以在鋁合金焊接過程中降低熔池波動，另一方面可以改善鋁合金工件焊接過程中的熔池下垂現(xiàn)象，提升了焊接的質量和熔深穩(wěn)定性。

5、可選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括電磁驅動單元，所述電磁驅動單元與所述電磁線圈之間通過導線連接，其中所述電磁驅動單元的輸出功率以及頻率分別單獨可調(diào)。

6、可選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括填絲機構，所述填絲機構用于向所述焊道上填充金屬絲，且所述填絲機構用于隨所述激光頭沿所述焊道的延伸方向做同步運動。

7、可選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括移動裝置，所述激光頭、所述移動座以及所述填絲機構分別連接于所述移動裝置上，所述移動裝置用于帶動所述激光頭、所述移動座以及所述填絲機構沿所述焊道的延伸方向做同步運動。

8、可選地，所述移動座包括水平板、連桿和豎直板，所述連桿的兩端分別與所述水平板和所述豎直板連接，所述水平板用于設置在所述鋁合金工件的下方，所述電磁線圈設置于所述水平板朝向所述鋁合金工件的端面，所述豎直板與所述移動裝置可拆卸連接；所述連桿的延伸方向與所述焊道的延伸方向相垂直，且所述連桿與所述豎直板連接的一端用于相對所述鋁合金工件延伸至超出所述鋁合金工件邊緣的位置。

9、可選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括直線驅動機構，所述直線驅動機構包括固定本體和伸縮部，所述伸縮部用于相對所述固定本體伸縮，以驅動所述移動座移動。

10、可選地，所述直線驅動機構上設置有傳感器，所述傳感器用于檢測所述移動座相對所述直線驅動機構的距離，當所述傳感器檢測到所述移動座由第一位置移動至第二位置時，所述伸縮部用于相對所述固定本體伸縮，以驅動所述移動座復位至所述第一位置。

11、可選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括焊接夾具，所述焊接夾具用于固定所述鋁合金工件，所述移動座滑動連接于所述焊接夾具上。

12、可選地，所述焊接夾具包括基臺，所述基臺上設置有軌道，所述移動座滑動連接于所述軌道上，其中所述軌道的延伸方向與所述焊道的延伸方向相平行。

13、另外，本發(fā)明還提供一種激光焊接方法，基于如前所述的激光焊接系統(tǒng)，包括以下步驟：

14、根據(jù)焊道的起點位置，調(diào)整激光頭和移動座的位置，以使得所述電磁線圈位于所述焊道的起點位置的正下方，且所述電磁線圈的軸線沿豎直方向設置；

15、啟動所述激光頭，對所述電磁線圈通電，并控制所述激光頭與所述移動座由所述焊道的起點位置向所述焊道的終點位置同步移動。

16、由于所述激光焊接方法的技術改進和取得的技術效果與所述激光焊接系統(tǒng)一樣，因此不再對所述激光焊接方法的技術效果做出詳細說明。

技術特征：

1.一種激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，包括：激光頭(1)、電磁線圈(2)和移動座(3)，所述激光頭(1)與所述移動座(3)用于沿鋁合金工件(4)上焊道(41)的延伸方向做同步運動，所述電磁線圈(2)設置于所述移動座(3)上，且所述電磁線圈(2)用于通電以產(chǎn)生交變磁場。

2.根據(jù)權利要求1所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光焊接系統(tǒng)還包括電磁驅動單元(5)，所述電磁驅動單元(5)與所述電磁線圈(2)之間通過導線連接，其中所述電磁驅動單元(5)的輸出功率以及頻率分別單獨可調(diào)。

3.根據(jù)權利要求1所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光焊接系統(tǒng)還包括填絲機構(6)，所述填絲機構(6)用于向所述焊道(41)上填充金屬絲，且所述填絲機構(6)用于隨所述激光頭(1)沿所述焊道(41)的延伸方向做同步運動。

4.根據(jù)權利要求3所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光焊接系統(tǒng)還包括移動裝置，所述激光頭(1)、所述移動座(3)以及所述填絲機構(6)分別連接于所述移動裝置上，所述移動裝置用于帶動所述激光頭(1)、所述移動座(3)以及所述填絲機構(6)沿所述焊道(41)的延伸方向做同步運動。

5.根據(jù)權利要求4所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述移動座(3)包括水平板(31)、連桿(32)和豎直板(33)，所述連桿(32)的兩端分別與所述水平板(31)和所述豎直板(33)連接，所述水平板(31)用于設置在所述鋁合金工件(4)的下方，所述電磁線圈(2)設置于所述水平板(31)朝向所述鋁合金工件(4)的端面，所述豎直板(33)與所述移動裝置可拆卸連接；所述連桿(32)的延伸方向與所述焊道(41)的延伸方向相垂直，且所述連桿(32)與所述豎直板(33)連接的一端用于相對所述鋁合金工件(4)延伸至超出所述鋁合金工件(4)邊緣的位置。

6.根據(jù)權利要求1所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光焊接系統(tǒng)還包括直線驅動機構(7)，所述直線驅動機構(7)包括固定本體和伸縮部，所述伸縮部用于相對所述固定本體伸縮，以驅動所述移動座(3)移動。

7.根據(jù)權利要求6所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述直線驅動機構(7)上設置有傳感器，所述傳感器用于檢測所述移動座(3)相對所述直線驅動機構(7)的距離，當所述傳感器檢測到所述移動座(3)由第一位置移動至第二位置時，所述伸縮部用于相對所述固定本體伸縮，以驅動所述移動座(3)復位至所述第一位置。

8.根據(jù)權利要求1所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光焊接系統(tǒng)還包括焊接夾具，所述焊接夾具用于固定所述鋁合金工件(4)，所述移動座(3)滑動連接于所述焊接夾具上。

9.根據(jù)權利要求8所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接夾具包括基臺(8)，所述基臺(8)上設置有軌道，所述移動座(3)滑動連接于所述軌道上，其中所述軌道的延伸方向與所述焊道(41)的延伸方向相平行。

10.一種激光焊接方法，其特征在于，基于權利要求1-9任一項所述的激光焊接系統(tǒng)，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明提供了一種激光焊接系統(tǒng)及方法，涉及激光焊接技術領域，激光焊接系統(tǒng)包括激光頭、電磁線圈和移動座，所述激光頭與所述移動座用于沿鋁合金工件上焊道的延伸方向做同步運動，所述電磁線圈設置于所述移動座上，且所述電磁線圈用于通電以產(chǎn)生交變磁場。本發(fā)明的激光焊接系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有技術，一方面可以在鋁合金焊接過程中降低熔池波動，另一方面可以改善鋁合金工件焊接過程中的熔池下垂現(xiàn)象，提升了焊接的質量和熔深穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：梁軍強,趙天佑,遲珉良,譚兵,邢建福
受保護的技術使用者：成都敏盛汽車零部件有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2