CN100484684C - 烧结材料零件的激光焊接方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于烧结材料的激光焊接的方法，其中，该激光焊接是通过外加焊接材料而实现的，该焊接材料是在待焊接的零件(1、2)之间的接缝区处以金属粉末的形式与焊接工序同步添加的。

Description

烧结材料零件的激光焊接方法和装置
技术领域
本发明涉及用于烧结材料零件的激光焊接方法。
背景技术
迄今为止，从所获得的焊缝质量的观点看，在该领域所发展的技术和方法还没有完全令人满意.这是由于烧结材料在密度方面与实心钢是不同的.在焊接操作期间，熔融材料往往会发生体积收缩，从而将残余空隙填满.在熔融区冷却期间，这种现象将导致裂纹和裂缝的产生，从而损害了焊缝的可靠性.此外，包含在空隙中的空气也有助于上述裂纹的产生。
迄今为止为解决上述问题所提出的各种解决办法(例如见德国专利申请DE 40 19 098)并不能完全令人满意，并且还会给加工过程和所使用的工具带来困难.
日本专利JP-A-08 290292公开了一种用于第一零件和第二零件的激光焊接方法，其中，至少所述第一零件是由烧结材料制成的，并且激光束在焊接区附近进行聚焦，所述方法的特征在于，该激光焊接操作是在外加固体插入物形式的焊接材料的情况下进行的.这种解决办法也并不能总是令人满意的.
发明内容
本发明的目的在于克服所有上述的缺点，特别是确保能获得高质量的烧结材料的激光焊缝.
考虑到该目的的实现，本发明涉及一种用于将第一零件和第二零件的进行激光焊接的方法，其中至少所述第一零件是由烧结材料制成的，以及激光束是在焊接区附近聚焦的，其中该激光焊接操作是在外加焊接材料的情况下进行的，其特征在于，该焊接材料是与焊接操作同步添加的，并且采取金属粉末的形式。
由本申请人所进行的研究和试验表明，由于上述特征的存在，本发明的方法可以克服上述的所有缺点.
应当指出的是，在激光焊接操作期间向焊接区提供粉末流可以从欧洲专利EP-A-O 444 550中获知.但是，这种先前的解决办法是设计用来焊接固体金属零件的，而本发明则是以该技术方案用于烧结零件焊接领域的新颖的应用为基础的。
用来作为焊接材料的粉末最好是一种金属粉末的混合物，其成份可以根据待焊接的烧结材料的不同而改变.
该粉末的颗粒尺寸范围最好在0.010与0.100毫米之间。该粉末通过一个添加喷嘴添加到焊接区中.所述喷嘴可以是一个与通常在激光焊接操作期间用来添加必需的覆盖气体的喷嘴相独立的喷嘴.作为替代方案，也可以使用一个唯一的喷嘴，该喷嘴既提供焊接粉末，又提供覆盖气体.这种选择主要取决于待焊接的接缝的几何形状。
此外，粉末添加相对于待焊接的接缝平面的角度范围最好在15°与75°之间。另外，对于特殊型式的接缝可以使用特殊形状的激光束，例如具有矩形或方形截面的激光束，或者具有双聚焦点(即具有双光点)，以便以最佳的方式覆盖焊接区.
在两个零件之间的接缝处(此处为进行焊接的位置)最好设有一个具有适当的几何形状的喉部，以便用来容纳金属粉末。
对于特定的烧结材料成分，可以使用具有不同波长的激光源(二氧化碳激光源，钕-钇铝石榴石(Nd-YAG)激光源，大功率激光二极管光源).
当然，本发明还涉及一种用来实现上述方法的装置.
附图说明
下面将参照附图所提供的非限制性例子对本发明作进一步的描述，附图中：
图1示意地示出了本发明的焊接方法的第一个实施例，用来对汽车变速器的齿轮进行焊接；以及
图2是从图1的箭头II方向看图1该装置的一个视图.
具体实施方式
在附图中所示出的实施例是指在汽车中的变速器内使用的由烧结材料制成的齿轮1的情况(图1中只示出其一部分)。在齿轮1上有一个先通过过盈配合随后再进行激光焊接而固定于其上的同步环2，该同步环例如由块状或实心钢制成.附图标记3表示激光束L的聚焦头的端部。在图示的实施例中，该聚焦头根据与齿轮1的轴线5相平行的垂直轴线4定向.在焊接过程中，齿轮1被设置成能(通过任何已知种类的设备)以这样的方式围绕其轴线转动，即在该齿轮的一端，使得激光束L相对于该被加工件沿着在齿轮1与同步环2之间的连接表面产生能导致环形焊缝W的完成的相对运动。
在图1和2的实施例中，靠近激光器的聚焦头处设有一个喷嘴N，该喷嘴用来添加在激光焊接过程中通常使用的覆盖气体.
根据本发明的该实施例，喷嘴N还可以用来添加金属粉末形式的焊接材料.如果需要，还可以设置与喷嘴N独立的用来添加金属粉末的第二喷嘴T(图2)。此时，喷嘴N就可以单独用来提供覆盖气体。
如上所述，所用的粉末是几种金属粉末的混合物，其成分可以根据待焊接的烧结材料和焊缝所需要的机械性能而变化.
粉末的颗粒尺寸范围最好在0.010与0.100毫米之间.
如上所述，用来添加粉末的喷嘴相对于接缝平面(相对于图面的水平面)的倾斜角度的范围最好在15°至75°之间.
如上所述，本发明所提供的焊接材料的成分可以根据用途而变化，并且主要是根据待焊接的烧结材料和焊缝所需要的机械性能而变化。
独立于本实施例，激光束L的轴线相对于接缝轴线的相对位置可以根据待焊接材料来选定，关于这一点，在某些情况下，可以方便地把激光束L更多地聚焦在待焊接两个部件中的一个部件上，例如，在该实施例中，可以将激光光点直径的三分之一聚焦在烧结材料制成的齿轮1上，而将其三分之二聚焦在实心钢环2上.
此外，如上所述，可以使激光光束具有某种特定的形式，例如具有一种诸如矩形或方形截面的非圆截面，或者，具有一种双聚焦光学系统，其中所产生的激光光点之间的距离是可以变化的(如果这样可有利地以最佳方式覆盖焊接区的话)。
最后，该方法可供任何种类的激光源供使用，包括二氧化碳激光源，钕-钇铝石榴石(Nd-YAG)激光源，大功率激光二极管光源等。
当然，只要不改变本发明的原理，对于在本文中单纯作为一个例子所描述和图示的结构细节和实施例都可以做出很大的变化，而仍然属于本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于将第一零件(1)和第二零件(2)进行激光焊接的方法，其中至少所述第一零件是由烧结材料制成的，包括在焊接区(W)附近聚焦激光束(L)的步骤，其中该激光焊接操作是在外加焊接材料的情况下进行的，其特征在于，该焊接材料是与焊接操作同步添加的，并且采取金属粉末的形式。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的该粉末是一种金属粉末的混合物。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该粉末的颗粒尺寸范围在0.010与0.100毫米之间。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，设置有一个用来添加粉末的喷嘴(T)，该喷嘴与一个用来添加覆盖气体的喷嘴(N)相独立。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用来提供覆盖气体的喷嘴(N)来添加该粉末。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该粉末添加角相对于焊接区(W)平面的角度范围在15°与75°之间。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该激光焊接是在第一与第二零件(1、2)之间的一个接缝区中进行，以及在上述接缝区中设置有一个用来容纳粉末材料的底座或喉部。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，该底座或喉部部分地在待焊接的第一零件(1)中形成，部分地在待焊接的第二零件(2)中形成。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，激光束(L)的轴线相对于焊接区平面(W)的相对位置根据组成所述第一和第二零件(1、2)的材料来选定。
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二零件(1、2)中的一个零件上的激光束(L)聚焦范围大于另一个零件上的聚焦范围。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使激光束具有非圆截面。
12.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使激光束通过一个双聚焦光学系统形成，所产生的激光光点之间的距离是可以变化的。
13.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使用在二氧化碳激光源、钕-钇铝石榴石激光源、大功率激光二极管光源中选定的一种激光源。
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