[发明专利]铝合金薄板T型接头激光焊接机器人臂端焊接执行端

说明书

本发明公开了一种铝合金薄板T型接头激光焊接机器人臂端焊接执行端，包括框架、框架顶部的快速装接头、框架底部的送气送丝支架，框架包括左右侧翼板和背板，背板上固定有手摇滑台，快速装接头包括对接的转接凸端和转接凹端，对中准确、快速；送气送丝支架可以实现送丝和送气装置具有一个转动和三个平动的自由度，在送气送丝支架的前端设有用于跟踪焊缝的位置传感器。本发明整体灵活性性强、适用范围广，送丝管和送气管调节方便、精度高；安装卸载快速，自动化程度高；T型接头焊接中送丝位置和送气结构分别位于焊接熔池的前面和后面，且三者在同一平面内，实现滑动定位，可以满足双光束激光焊接工艺条件，保证焊接质量。

技术领域

本发明属于机器人激光焊接薄板结构领域，具体是针对双光束激光焊接铝合金薄板T 型接头的焊接执行端。

背景技术

目前，飞机制造领域内开始逐渐应用双光束激光焊接机身壁板代替传统铆接连接工艺，虽然铆接工艺具有工艺稳定性高、连接过程成熟、连接强度高等特点，但是又由于使用了大量铆钉使得铆接结构结构重量大、生产效率低，同时铆接工艺需要在桁条上预制基孔，进而导致壁板结构整体性较差、刚度降低。而双光束激光焊接工艺焊接机身壁板T型接头具有结构强度高、热输入小、焊接变形小、生产效率高、密封性好等优点，相比于铆接工艺具有显著优势。因而可以在壁板T型接头制造中获得广泛应用。国外航空工业应用实例表明，采用双光束激光焊接技术替代传统的铆接技术，不仅有效降低机身结构重量和制造成本，大幅度提高生产效率，为研制开发先进的飞机机身结构提供关键基础。

而在双光束激光焊接工艺中，需要稳定且精确的各种参数的调节功能，同时也要保证实现双光束激光同步性的精确控制，研究发现目前国内针对飞机壁板T型接头的双光束激光焊接工艺研究还处于探索阶段，没有得到成熟的焊接工艺和研发出用于实际生产的焊接执行端集成机构。已知焊接执行端集成机构的稳定性和精确性直接决定了双光束激光焊接工艺的焊接过程，如焊丝传送过程、焊缝成型及保护气体流量的准确性和精确性，对T型接头角焊缝成型及焊接质量有直接影响。而目前国内一些科研单位也对焊接执行端进行了研究，发现大部分装置安装在专用大型机床等平台之上，整体体积庞大、不易操作、造价较高，不能适应于常态工作状态下的实验要求，增加了工作的繁琐性。并且在焊接过程中这种装备的灵活性操作性差、适用范围有限，只适用于平面板T型接头的焊接，对于弯曲面板的焊接还有某些特殊形式的焊接均不理想。

同时机身壁板属于T型接头结构，使得送丝、送气位置存在很大的局限性，大尺寸机身壁板焊接变形易造成焊接路径偏差和送丝位置发生偏离，这些因素会导致激光焊接过程稳定性恶化，焊接工艺难以有效控制，易产生塌陷、未熔合与咬边等焊接缺陷。在飞机机身壁板的制造过程中不只是针对单一的T型接头进行焊接，而是需要将底板和多根加强筋式长桁连接起来，需要焊接执行端在焊接过程中变换方位，不同的位置和时间需要的角度和方向均不相同，需要焊接装置具有很强的灵活性和准确性，本设计装置采用机器人手臂作为操作平台符合实验工艺的基本要求，具有很强的灵活性和准确性，这就对焊接端头装置提出了很大的要求，此装置需要可以和任意机器人进行快速配合，具有很强的适应性。同时为保证必须设计开发专用的焊接执行端集成机构，此集成机构集成了送丝功模块、送气模块系统、焊缝跟踪监测系统、焊缝滚压系统和焊接所用到的激光器等。

发明内容

针对目前双光束激光焊接执行端所存在的不足，例如整体灵活性性较差、适用范围有限、送丝管和送气端调节精确较差、送丝管和送气管调节方式较少、安装卸载效率低、自动化能力不足等，研制满足双光束激光焊接工艺条件的焊接执行端，研究具有以下功能的执行端：

(1)保证焊接过程中两侧焊接执行端机构的同步性；

(2)保证焊接过程中距焊缝距离的一致性、要求具有实时调整功能；

(3)执行端集成机构具有灵活且精准的焊接角度调整能力；

(4)执行端集成机构具有灵活且精确的激光器位置调节功能；