激光焊接机及抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的加压装置

摘要

本发明公开了一种激光焊接机及抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的加压装置。所述抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置包括压力输出装置和加压机头，加压机头与压力输出装置相连并将压力输出装置输出的压力施加到塑料的预定区域以抑制所述预定区域形成缩孔。根据本发明的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置，能够有效地抑制缩孔缺陷的形成，保证了焊接的质量，提高了焊接接头的剪切强度。

说明书

技术领域

本发明属于材料加工设备领域，具体而言，涉及一种抑制塑料与金属焊接时产生缩孔 的激光焊接机的加压装置及具有该加压装置的激光焊接机。

背景技术

在塑料与金属异质结构激光焊接过程中，激光热会对接头处的塑料造成热损伤，导致 塑料内部形成大量缩孔。仅仅通过优化激光能量参数等常规措施不能解决塑料缩孔问题， 目前，国内外还没有有效抑制塑料内部缩孔的技术措施，存在改进的空间。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个 目的在于提出一种能够提升焊接质量、提高焊接接头剪切强度的抑制塑料与金属焊接时产 生缩孔的激光焊接机的加压装置。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊 接机的加压装置的激光焊接机。

根据本发明第一方面实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装 置，包括，压力输出装置和加压机头，加压机头与压力输出装置相连并将压力输出装置输 出的压力施加到塑料的预定区域以抑制所述预定区域形成缩孔。

根据本发明实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置，在焊 接时，压力输出装置给加压机头提供压力，加压机头再将压力加载到塑料的预定区域，即 塑料熔化区后沿的区域，迫使熔融的塑料流动，在塑料内部难补缩区或热节完全凝固之前 可以补偿塑料的凝固收缩，能够有效地抑制缩孔缺陷的形成，保证了焊接的质量，提高了 焊接接头的剪切强度。

另外，根据本发明上述实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压 装置还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述加压机头适于与激光焊接机的激光焊接头联动。

可选地，所述加压机头通过抵靠所述金属以对所述预定区域施加压力。

可选地，所述加压装置还包括机头固定装置，所述机头固定装置分别与所述加压机头 和所述激光焊接头相连且设置成可调节所述加压机头与所述激光焊接头之间的距离以及夹 角。

可选地，所述压力输出装置包括气泵，所述加压机头包括气缸和施力组件，所述气缸 与所述气泵相连，所述施力组件与所述气缸相连以将所述气缸输出的压力施加到所述预定 区域。

可选地，所述的机头固定装置包括气缸固定支架和气缸座，所述的气缸固定支架适于 固定在所述激光焊接头上，所述气缸安装在所述气缸座上，所述气缸座通过螺纹连接组件 可移动并可转动地设在所述气缸固定支架上。

可选地，所述气缸固定支架上设有滑槽,所述螺纹连接组件包括气缸座固定轴、垫圈和 气缸座固定螺母，所述气缸座固定轴可滑动地设在所述滑槽内且一端穿过所述滑槽螺纹连 接在所述气缸座上，所述垫圈套设在所述气缸座固定轴上，所述气缸座固定螺母螺纹连接 在所述气缸座固定轴的另一端且将所述垫圈压紧至所述气缸固定支架上。

可选地，所述施力组件包括传力杆、加压滚轮座和加压滚轮，所述传力杆与所述气缸 的活塞相连，所述加压滚轮座与所述传力杆相连，所述加压滚轮可转动地设在所述加压滚 轮座上。

可选地，所述加压滚轮座与所述传力杆通过螺纹结构可转动地相连，所述加压滚轮座 通过滚轮座固定螺母与所述传力杆固定。

可选地，所述加压滚轮的滚动轨迹适于与所述激光焊接头射出的激光的扫描路径重合。

可选地，所述加压滚轮的宽度为4毫米-8毫米。

可选地，所述气缸的上端设有与所述气泵连通的第一气孔，所述下端设有第二气孔。

可选地，所述压力输出装置还包括储气罐，所述气泵通过储气罐与所述气缸连通。

可选地，所述储气罐的出口端与气缸之间设置有减压阀。

可选地，所述减压阀的可调压力范围是0-1MPa，可调精度为0.02MPa。

本发明的第二方面提出一种激光焊接机，所述的激光焊接机包括第一方面所述的抑制 塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置。

附图说明

图1是根据本发明实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置 的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的加压机头和机头固定装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的机头固定装置沿A-A线的截面图；

图4是根据本发明实施例的工作过程示意图。

附图标记：

加压装置100，加压机头1，气缸11，第一气孔111，第二气孔112，施力组件12，传 力杆121，加压滚轮座122，加压滚轮123，固定螺母124，压力输出装置2，气泵21，储 气罐22，减压阀23，机头固定装置3，气缸固定支架31，滑槽311，气缸座32，螺纹连接 组件33，气缸座固定轴331，垫圈332，气缸座固定螺母333，激光束4，塑料5，熔化区 51，金属6。

具体实施方式

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

首先参照图1-图4详细描述根据本发明实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激 光焊接机的加压装置100。

如图1-图4所示，抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置100包括 压力输出装置2和加压机头1，加压机头1与压力输出装置2相连并将压力输出装置2输 出的压力施加到塑料5的预定区域以抑制所述预定区域形成缩孔。也就是说，压力输出装 置2作为压力源输出压力到加压机头1上，加压机头1再将该压力施加到塑料5的预定区 域上，预定区域具体而言就是在塑料5与金属6焊接时，塑料5的熔化区51后沿的区域， 即熔化后待凝固的区域。

根据本发明实施例的激光焊接机的加压装置100用于在塑料5与金属6的异质结构激 光焊中对塑料5的预定区域施加压力，其中塑料5包括树脂基复合材料。

可以理解的是，在塑料5与金属6异质结构激光焊中，激光热会对塑料5造成热损伤， 熔化的塑料5在凝固过程中会收缩，导致塑料5内部形成大量缩孔。如图4所示，根据本 发明实施例的加压装置100，在焊接时，压力输出装置2给加压机头1提供压力，加压机 头1再将压力加载到塑料5的预定区域，即塑料5的熔化区51的后沿区域，迫使熔融的塑 料5流动，在塑料5内部难补缩区域或热节完全凝固之前可以补偿塑料5的凝固收缩，能 够有效地抑制缩孔缺陷的形成，保证了焊接的质量，提高了焊接接头的剪切强度。

加压机头1的压力可以作用在焊接材料中的金属6或塑料5上。优选地，如图4所示， 加压机头1通过抵靠金属6以对预定区域施加压力，即加压机头1的压力直接施加在金属 6上，通过金属6间接地作用到塑料5的预定区域，即塑料5的熔化区51后沿。由此加压 机头1的安装更方便，且能减轻塑料5直接受压的形变。

作为抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置100的一种优选实施例， 加压机头1可以与激光焊接机的激光焊接头(图未示出)联动。也就是说，在激光焊接头 运动时，加压机头1可以作出相应地运动。实现联动的方式有多种，可以是激光焊接头的 运动机构与加压机头1通过齿轮等机械传动件连接；可以是通过传感器检测激光焊接头的 运动，再用控制器控制加压机头1作相应的运动。采用联动的方式，可以使加压与焊接同 步进行，能够实时地抑制缩孔缺陷。

优选地，如图2-图3所示，抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置 100还可以包括机头固定装置3，机头固定装置3可以分别与加压机头1和激光焊接头相连， 且机头固定装置3设置成可调节加压机头1与所述激光焊接头之间的距离以及夹角。

也就是说，如图2所示，机头固定装置3将加压机头1固定在激光焊接头上来实现加 压机头1与激光焊接头的联动，且加压机头1能够在左右方向上移动，从而改变加压机头 1与激光焊接头之间的距离，加压机头1还能够转动以改变加压机头1与激光焊接头的夹 角，即改变加压机头1的倾角。

通过机头固定装置3将加压机头1与激光焊接头固定，易于实现加压机头1与激光焊 接头的同步运动。在不同的激光焊接中，焊接材料、激光功率、焊接速度等参数都会影响 熔化区51的范围以及熔化的塑料5凝固的时间。对于某指定区域的焊接材料，即金属5和 塑料6，在不同的焊接条件下需要调整该焊接材料接受激光焊与机械压力的时间差，在空 间上就是调整焊接材料上激光束照射点与受机械压力点的距离，增加加压机头1的自由度， 也就是使加压机头1与激光焊接头之间的距离和夹角可调，能够更好地适应不同的焊接条 件，使抑制缩孔缺陷的效果更好。

优选地，如图1所示，压力输出装置2可以包括气泵21、储气罐22和减压阀23。加 压机头1可以包括气缸11和施力组件12。

气缸11与气泵21相连，优选地，如图2所示，气缸11的上端设有与气泵21连通的 第一气孔111，气缸11的下端设有第二气孔112，即第一气孔111设置为进气口，第二气 孔112设置为备用气口。

气泵21可以通过储气罐22与气缸11连通，由此储气罐22可以起到保压的作用。优 选地，如图1所示，储气罐22的出口端与气缸11之间设置有减压阀23，

也就是说，在如图1所示的一个具体示例中，气泵21的出口端与储气罐22的入口端 相连，储气罐22的出口端与减压阀23的入口端相连，减压阀23的出口端通过管路与加压 机头1的气缸11相连。

其中，减压阀23的可调压力范围是0-1MPa，可调精度为0.02MPa。减压阀23可以根 据需要调整输出到气缸11的气体的压力的大小，进而保证加压机头1给塑料5的预定区域 施加合适的压力。

施力组件12与气缸11相连以将气缸11输出的压力施加到预定区域。即气泵21输出 压力到气缸11，气缸11再将压力传导给施力组件12。

优选地，如图2所示，施力组件12可以包括传力杆121、加压滚轮座122和加压滚轮 123。传力杆121可以与气缸11的活塞相连，加压滚轮座122与传力杆121相连，加压滚 轮123可转动地设在加压滚轮座122上。例如，加压滚轮123可以通过销轴与加压滚轮座 122相连接，也就是说，销轴的两端与加压滚轮座122相连，加压滚轮123套设在销轴上， 加压滚轮123可绕销轴的中心轴线转动。

在一些可选的实施例中，销轴与加压滚轮123固定，销轴的两端可转动地设在加压滚 轮座122上。在另一些可选的实施例中，销轴的两端可以分别与加压滚轮座122固定，加 压滚轮123可以绕销轴转动。

也就是说，压力输出装置2输出的气体作用于气缸11的活塞上，即对气缸11的活塞 施加压力，活塞将压力传给传力杆121，传力杆121将压力传导到加压滚轮座122上，并 通过加压滚轮123加载到焊接材料，即金属5或塑料6上。

在焊接过程中，激光焊接头相对于焊接材料，也就是金属6是不断运动的，与激光焊 接头联动的加压机头1相对于金属6也是运动的，即加压机头1和金属6相互接触作相对 运动，加压滚轮123为直接向金属6施加压力的部件，通过加压滚轮123的滚动能够保证 加压机头1持续给金属6施加压力，减小摩擦力。

进一步地，如图2所示，加压滚轮座122与传力杆121通过螺纹结构可转动地相连， 例如，传力杆121上设外螺纹，加压滚轮座122上设内螺纹，通过内螺纹与外螺纹的配合 将传力杆121与加压滚轮座122连接在一起。加压滚轮座122通过滚轮座固定螺母124与 传力杆121固定。

旋转加压滚轮座122到需要的角度，再拧紧滚轮座固定螺母124将滚轮座与传力杆121 固定，这样加压滚轮座122就能实现360°的旋转，从而保证加压滚轮123能够调整滚动 方向且加压滚轮123的滚动方向与激光束15移动方向保持一致。

进一步地，如图4所示，加压滚轮123的滚动轨迹适于与激光焊接头射出的激光的扫 描路径重合。也就是加压滚轮123的施力位置与激光焊接的位置除了存在时间差外，在空 间上是重合的，这样就能对每个可能形成缩孔缺陷的区域加载压力，抑制整条焊缝缩孔缺 陷的形成。

进一步地，加压滚轮123的宽度为4毫米-8毫米。也就是加压滚轮123加压区的宽度 为4毫米-8毫米，既能使熔化区51都能受到压力的作用，又能保证压力不因作用面积太 大而减弱。

优选地，加压滚轮123的宽度为6毫米，使得压力作用宽度与熔化区51宽度一致。

优选地，如图2和图3所示，机头固定装置3可以包括气缸固定支架31和气缸座32， 气缸固定支架31适于固定在激光焊接头上，气缸11安装在气缸座32上，气缸座32通过 螺纹连接组件33可移动并可转动地设在气缸固定支架31上，由此气缸11与激光焊接头之 间的距离以及气缸11与激光焊接头之间的夹角均可调整。

具体地，如图3所示，气缸座32可以包括相对设置的两个半圆环部，两个半圆环部限 定出气缸11的安装空间，两个半圆环部通过螺栓相连以将气缸11夹持在所述安装空间内， 这样气缸11可在安装空间内上下移动，当气缸11移动至预期位置时，通过螺栓将两个半 圆环部紧固，即将气缸11夹持在预期位置，也就是说，用户可以根据需要调整气缸11的 安装高度。

如图3所示，螺纹连接组件33可以包括气缸座固定轴331、垫圈332和气缸座固定螺 母333。气缸固定支架31上设有滑槽311，气缸座固定轴331可滑动地设在滑槽311内， 且气缸座固定轴331的一端穿过滑槽311螺纹连接在气缸座32上，具体而言，气缸座固定 轴331与气缸座32通过螺纹配合连接，例如，气缸座32上具有内螺纹，气缸座固定轴331 上具有外螺纹。

垫圈332可以套设在气缸座固定轴331上，气缸座固定螺母333螺纹连接在气缸座固 定轴331的另一端，且气缸座固定螺母333将垫圈332压紧至气缸固定支架31上。

也就是说，如图3所示，气缸固定支架31固定在激光焊接头上，气缸11安装在气缸 座32上，先将气缸座固定轴331插入气缸固定支架31的滑槽311内，再将垫圈332套设 在气缸座固定轴331上，根据激光焊接参数可以将气缸座固定轴331相应地在滑槽311内 左右滑动以调整加压机头1与激光焊接头的左右距离，转动气缸座32以调整加压机头1与 激光焊接头的夹角即加压机头1的倾斜角度，当气缸座32调整到预期位置与预期角度时再 拧紧气缸座固定螺母333将垫圈332压紧至气缸固定支架31上。采用上述结构的机头固定 装置3，可以实现加压机头1与激光焊接头的联动，并且可将加压机头1与激光焊接头之 间的距离以及夹角调整至预期位置，结构简单且安装及调试都极为方便。

下面结合图1-图4详细描述根据本发明实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激 光焊接机的加压装置100的工作过程：

在焊接前，根据激光焊接的参数和条件，也就是激光功率、焊接速度、金属和塑料的 材质等，选择合适的气泵21工作压力上限和下限以及减压阀23的工作压力。为保证加压 滚轮123能准确的作用在塑料5的预定区域，还要对该加压机头1与激光焊接头之间的距 离以及夹角进行调整，例如通过调节气缸座固定轴331、气缸座固定螺母333和垫圈332 来实现加压机头1倾斜角度的调整，并通过调节气缸座固定轴331在滑槽311中的位置来 调整加压机头1与激光焊接头之间的距离。

具体而言，如图2所示，转动加压滚轮座122，使加压滚轮123的滚动轨迹与激光焊接 头射出的激光的扫描路径重合，拧紧滚轮座固定螺母124将滚轮座与传力杆121固定；将 气缸座固定轴331在滑槽311内左右滑动以调整加压机头1与激光焊接头之间的距离，绕 气缸座固定轴331转动气缸座32以调整加压机头1与激光焊接头的夹角，然后通过拧紧气 缸座固定螺母333和垫圈332将气缸11通过气缸座32固定在机头固定装置3，以使加压 机头1与激光焊接头之间距离以及加压机头1的倾斜角度调整到位，使得压力能够作用在 塑料5的预定区域，也就是塑料5熔化后待凝固的区域，实际作用在金属6表面的压力为 加压机头1输出的恒定压力沿垂直方向的分力。当加压机头1输出的加压压力和加压位置 合适时，就能有效地抑制塑料5由于凝固收缩形成缩孔。

在焊接过程中，气泵21将空气压缩加压至设定值，然后储存在储气罐22中保压，压 缩空气再通过减压阀23从第一气孔111进入到气缸11，也可以根据需要实时调节减压阀 23的参数来改变输入到气缸11的工作压力，在空气压力的作用下气缸11的活塞向下运动 对传力杆121和加压滚轮座122施加一个恒定压力，这个恒定压力最终通过加压滚轮123 作用到金属6上，再通过金属6间接地作用到塑料5的预定区域，即塑料5的熔化区51后 沿。加压滚轮123被恒定压力紧紧的压在金属6的表面上，由于加压滚轮123与塑料5以 及金属6之间存在水平方向的相对运动，整个加压机头1又通过机头固定装置3固定在激 光焊接头上，从而保证了加压滚轮123随同激光焊接头射出的激光束4的运动同步向前滚 动。

如图4所示，右下方箭头所示方向为激光束4的扫描方向，中间箭头所示方向为加压 滚轮123的滚动方向，即加压滚轮123在金属6上滚动并与激光同步移动，实时地对塑料 5的预定区域即熔化区51的后沿区域施加压力，迫使熔融的塑料5流动，在塑料5内部难 补缩区或热节完全凝固之前补偿塑料5的凝固收缩，能够有效地抑制缩孔的形成。

本发明实施例的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置100，可以应 用到包含树脂基复合材料的塑料与金属的异质结构焊接。

简而言之，根据本发明的抑制塑料与金属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置 100，设备小巧，使用方便，成本低廉，工作稳定可靠且使用寿命长，能够使外加机械压力 与激光焊同步实施，并且能够根据焊接参数精确选择外加机械压力的大小和作用位置，保 证外加机械压力加载到塑料5熔化区51后沿的预定区域，有效地抑制缩孔缺陷的形成，保 证了焊接的质量，提高了焊接接头的剪切强度。

本发明还提出了一种激光焊接机，该激光焊接机包括上述实施例所述的抑制塑料与金 属焊接时产生缩孔的激光焊接机的加压装置100。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示 或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两 个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是 机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两 个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通 技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可 以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第 一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或 斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、 “下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特 征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者 特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以 在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领 域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进 行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例 进行变化、修改、替换和变型。