[发明专利]一种基于激光切割和焊接的套接空心铜管制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化领域，具体涉及一种基于激光切割和焊接的套接空心铜管制备方法及装置。

背景技术

随着空调与制冷行业的技术发展以及环保法规的进一步严格控制，提高换热单元本身的换热系数，是提高热交换器的整体换热性能、弥补替代制冷剂自身原因所导致的制冷性能的降低的必要手段。基于现有制冷剂存在制冷性能下降的问题及仍未研发出有效的替代工质，相关企业和科研机构将研究对象转为空调与制冷的基本部件—热交换器元件，即空心铜管，通过提高空心铜管的换热性能，可有效解决上述问题。

空调制冷的铜管多为薄壁小直径空心铜芯，如图1所示，为给制冷剂流动提供缓冲区，提升制冷效果，一般设计一段管径略大的空心铜管区域，制造方式是在空心铜管1201两侧分别套接空心铜芯1202，空心铜芯1202与空心铜管1201间隙配合，为防止制冷剂流经空心铜管发生泄漏，则将空心铜芯1202与空心铜管1201进行套接环焊处理，这样既保证了空心铜管1201的密封性，又方便制冷剂循环。

目前常见的焊接手段有氩弧焊、高频感应焊以及钎焊。氩弧焊是一种主要依靠电弧加热熔化母材发生冶金反应的焊接方式，焊缝难以做得细小，焊接热影响区较大，使得其一般用于大尺寸、壁厚大于1mm的套接空心铜管焊接，而不适合焊接细小、薄壁的套接空心铜管；高频感应焊是焊接套接空心铜管的主要方法，但由于不同管径铜管套接时的间隙配合性质，在其焊接过程中两者的集肤效应与临近效应不同步，使得局部熔化的母材容易通过缝隙流进铜管内部形成焊堵，表面污物清理不干净还容易造成焊缝气孔，服役过程中易发生泄漏和开裂问题，同时焊接的工艺参数很难调定，大大限制生产效率与质量；对于钎焊，则存在焊接接头力学性能较差，难以保证密封性的不足，直接影响了焊接质量的重复性，服役过程中易发生裂纹、泄漏等问题。

激光焊接是近年来发展迅速的一种高质量焊接工艺技术，其光斑细小，使得焊缝极窄、焊接热影响区极小，成为很多高精密、高质量焊接的首选工艺。但对于套接管的搭接焊而言，由于其焊接结构本身要求足够的焊合面积以保证套接接头整体强度力学性能，单道激光焊接无法满足要求，需要多道堆焊，这使得工艺繁琐、成本升高，限制了激光焊接在此领域的应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种基于激光切割和焊接的套接空心铜管制备方法；同时本发明还提供了一种基于激光切割和焊接的套接空心铜管制备装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于激光切割和焊接的套接空心铜管制备方法，包括如下步骤：

(1)装夹空心铜管；

(2)将空心铜芯的一端插入空心铜管内，两者间隙配合；

(3)在空心铜芯与空心铜管套接段的上方设置钎料输送装置；

(4)在激光器的输出端连接电子光闸分束器，用于将激光器输出的一束激光分时输出到两路，一路用于切断较长的空心铜芯，另一路用于激光焊接；

(5)输出焊接激光束，聚焦于空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端位置，进行固定点焊，用于初步固定空心铜芯与空心铜管的相对位置；

(6)输出切割激光束，根据工件的长度要求，采用激光切断空心铜芯，并在铜芯支撑件上保持平衡；

(7)输出焊接激光束，通过伺服电机驱动空心铜芯与空心铜管一起匀速旋转，使得聚焦激光束沿着空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端位置扫描一圈，使空心铜管与空心铜芯实现熔融焊合且熔深不超过空心铜芯内壁面，从而获得空心铜芯与空心铜管套接段的管侧端激光环焊缝；

(8)套接段继续匀速旋转，控制熔融钎料从导流管倾斜滴入套接段的芯侧端，并流入空心铜芯与空心铜管之间的间隙；输出焊接激光束，使聚焦激光束以离焦方式作用在套接段与熔融钎料交界处，从而实现激光熔钎焊；

(9)将一端焊接完成的空心铜管水平翻转180度，使空心铜管的未焊接端与送料的空心铜芯位置相对；

(10)重复步骤(2)-(8)，完成空心铜管另一端的焊接。

本发明还同时提供了一种套接空心铜管制备装置，包括工作台，以及安装在工作台上的夹紧旋转组件、上料组件、旋转取料组件、熔钎焊组件、铜芯支撑组件、激光焊接组件、激光器组件、矫直器组件、激光切割组件和料斗；

所述夹紧旋转组件包括伺服电机、电机支座、法兰、三爪气缸和气爪手指，伺服电机通过电机支座安装在工作台上，三爪气缸通过法兰与伺服电机配合同轴装配，气爪手指安装于三爪气缸上，两者组成夹紧结构用于装夹空心铜管；