用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置。

背景技术

激光焊是一种高能束焊接方法，具有能量密度高、焊接热输入小、焊缝细小美观、焊接热影响区窄、焊接效率高和清洁环保等优点，被广泛应用于各种焊接领域。

在汽车航空航天领域，为了达到超轻金属结构的设计要求，需要把两种金属材料焊接在一起，以达到轻量化设计的目的。异种金属焊接是指同物理属性的金属在一定工艺条件下进行焊接加工的过程。由于异种金属化学成分和物理性能有明显的不同，所以焊接时存在着很多困难。异种金属的熔点相差越大，越难进行焊接，由于熔点低的金属达到熔化状态时，熔点高的金属仍呈固态状态，这时已融化的金属容易渗入过热的晶界，使过热区的组织性能降低。其次，熔点低的金属元素容易烧损蒸发，从而使焊缝化学成分发生变化，组织性能降低。异种金属焊接时热导率和比热容相差越大，越难进行焊接，易使焊缝结晶条件变化，晶粒粗化严重，并影响难容金属的润湿性能。

因此，应采用强力的热源如激光束进行焊接，更为重要的是，焊接时激光热源位置要偏向导热性能好的母材一侧，热量通过高熔点金属传向低熔点金属使之熔化形成结合，避免了低熔点金属的烧损蒸发，保证了焊接质量。但在进行异种金属偏移焊接的时候，面临着一些问题。例如：在对激光光源进行偏移时偏移的量往往与实际设定值存在偏差；激光斑点无法照射在两个板缝的中间；待焊材料接触面存在缝隙。这些都直接影响了焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置，该装置能够有效解决激光光源偏移的量与实际设定值存在偏差的问题，继而解决激光光点焊缝对中及两种材料结合面存在缝隙的问题。

为达到上述目的，本发明所述的用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置包括激光头、保护气瓶、保护气装置、移动工作台、摄像头、控制器、计算机以及用于检测保护气装置位移数据的位移传感器，保护气装置位于移动工作台上，保护气瓶与保护气装置相连通，激光头位于保护气装置的上方，摄像头正对保护气装置，计算机与位移传感器、控制器及摄像头相连接，控制器与移动工作台的控制端相连接。

所述移动工作台包括底座、滑轨、移动台、滑块、丝杠、丝杠螺母及伺服电机；

滑轨位于底座上，滑块位于滑轨上，丝杠螺母固定于移动台的底部，移动台的底部四个角固定于滑块上，伺服电机的输出轴通过联轴器与丝杠的一端相连接，丝杠的另一端穿过丝杠螺母，其中，丝杠与丝杠螺母组成丝杠螺母机构，保护气装置固定于移动台上。

还包括电机座及轴承座，其中，伺服电机固定于电机座上，轴承座固定于底座上，轴承座上设置有轴承，丝杠穿过所述轴承。

所述保护气装置包括外壳、透光结构的盖板、载物台、顶紧螺钉及压紧块；

载物台位于外壳内且固定于外壳的底部，盖板固定于外壳的顶部，盖板上有透光石英，载物台上设置有用于对待焊接试件进行压紧的压紧块，顶紧螺钉穿过载物台的侧壁与待焊接试件相接触，外壳固定于移动台上，压紧块上设置有用于待焊接试件进行压紧的压紧螺栓。

外壳的侧壁上设置有限位块，其中，限位块固定于移动台上。

位移传感器为光栅尺位移传感器，所述光栅尺位移传感器包括标尺光栅及光栅读出头，其中，标尺光栅固定于底座上，光栅读出头固定于移动台上，其中，光栅读出头与计算机相连接。

所述摄像头为CCD摄像机。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置在具体操作时，在移动移动台时，计算机通过位移传感器检测保护气装置位移数据，其中，保护气装置的位移与移动台的位移一致，通过保护气装置的实际位移数据与设定的移动台偏移量进行反馈控制，使得移动台的实际位移与设定值一致，以解决激光光源偏移的量与实际设定值存在偏差的问题，控制精度≤1μm；另外，本发明通过观察摄像头采集到的图像，移动激光头以调节激光光斑的位置，使得激光光斑照射在两种材料的结合处，顶紧螺钉使得两种材料的对接面尽可能的充分接触，保证焊接过程中的热传递，提高接头质量，为后续精确偏移奠定基础，结构简单，操作方便，实用性极强。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为本发明中移动工作台3的组成示意图；

图3为本发明中保护气装置4的组成示意图；

图4为本发明中保护气装置4的示意图。

其中，1为激光头、2为保护气瓶、3为移动工作台、3-1为底座、3-2为滑轨、3-4为移动台、3-3为滑块、3-5为丝杠、3-6为丝杠螺母、3-7为轴承、3-8为轴承座、3-9为伺服电机、3-10为联轴器、3-11为电机座、3-12为位移传感器、4为保护气装置、4-1为外壳、4-2为盖板、4-3为载物台、4-4为顶紧螺钉、4-5为压紧块、5为摄像头、6为控制器、7为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1至图4，本发明所述的用于研究氩气环境下异质材料激光偏移焊接的实验装置包括激光头1、保护气瓶2、保护气装置4、移动工作台3、摄像头5、控制器6、计算机7以及用于检测保护气装置4位移数据的位移传感器3-12，保护气装置4位于移动工作台3上，保护气瓶2与保护气装置4相连通，激光头1位于保护气装置4的上方，摄像头5正对保护气装置4，计算机7与位移传感器3-12、控制器6及摄像头5相连接，控制器6与移动工作台3的控制端相连接。

所述移动工作台3包括底座3-1、滑轨3-2、移动台3-4、滑块3-3、丝杠3-5、丝杠螺母3-6及伺服电机3-9；滑轨3-2位于底座3-1上，滑块3-3位于滑轨3-2上，丝杠螺母3-6固定于滑块3-3上，移动台3-4的底部固定于滑块3-3上，伺服电机3-9的输出轴通过联轴器3-10与丝杠3-5的一端相连接，丝杠3-5的另一端穿过丝杠螺母3-6，其中，丝杠3-5与丝杠螺母3-6组成丝杠螺母机构，保护气装置4固定于移动台3-4上。所述移动工作台3还包括电机座3-11及轴承座3-8，其中，伺服电机3-9固定于电机座3-11上，轴承座3-8固定于底座3-1上，轴承座3-8上设置有轴承3-7，丝杠3-5穿过所述轴承3-7。

所述保护气装置4包括外壳4-1、透光结构的盖板4-2、载物台4-3、顶紧螺钉4-4及压紧块4-5；载物台4-3位于外壳4-1内且固定于外壳4-1的底部，盖板4-2固定于外壳4-1的顶部，盖板4-2上有透光石英，载物台4-3上设置有用于对待焊接试件进行压紧的压紧块4-5，顶紧螺钉4-4穿过载物台4-3的侧壁与待焊接试件相接触，外壳4-1固定于移动台3-4上，压紧块4-5上设置有用于待焊接试件进行压紧的压紧螺栓，另外，外壳4-1的侧壁上设置有限位块，其中，限位块固定于移动台3-4上。

位移传感器3-12为光栅尺位移传感器，所述光栅尺位移传感器包括标尺光栅及光栅读出头，其中，标尺光栅固定于底座3-1上，光栅读出头固定于移动台3-4上，其中，光栅读出头与计算机7相连接；所述摄像头5为CCD摄像机。

本发明的具体工作过程为：

1)将保护气装置4放置在移动台3-4上，并通过限位块将其固定在移动台3-4上；

2)将载物台4-3通过螺栓固定在外壳4-1的底部，将待焊接试件放置在载物台4-3上，并通过压紧螺栓和顶紧螺钉4-4固定；

3)调节激光头1的位置，使得激光头1发出的激光光点照射在待焊接试件；

4)将摄像头5对准待焊接试件的结合面处；

5)将伺服电机3-9与控制器6相连，控制器6与计算机7相连；

6)将位移传感器3-12的光栅读数头与计算机7相连；

7)通过摄像头5传输的影像，调节激光头1的位置，使得激光光点照射在两种材料的结合处；

8)关闭摄像头5，在计算机7中设定偏移距离，并控制移动台3-4移动到规定位置，其中，通过位移传感器3-12检测保护气装置4位移数据，其中，保护气装置4的位移与移动台3-4的位移一致，通过保护气装置4的位移数据对该偏移距离进行反馈控制，以解决激光光源偏移的量与实际设定值存在偏差的问题，控制精度为≤1μm；

9)向保护气装置4内部通入氩气，并实施焊接；

10)焊接完成，关闭激光头1。