CN102248296A

CN102248296A - 镀锌钢板的激光焊接方法

Info

Publication number: CN102248296A
Application number: CN2011101612961A
Authority: CN
Inventors: 孙鹤旭; 费彩华; 董砚; 王睿; 李洁; 邢关生; 陈海永
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: CN102248296B

Abstract

本发明涉及一种镀锌钢板的激光焊接方法。包括焊机工作循环、焊机初始化、焊机准备、带尾准备、带头准备和焊接等程序步骤：把焊机各个部分移动到初始位置，焊接头，切割头的初始位，各种保护气的气压达到额定值，冷却水的流量温度没有报警等。主夹夹紧，磁尺测量确定中心线，活套抬起，完成带钢中心线的调整，以及液压缸的夹紧。带尾准备，带头带尾对中，完成一次焊接循环。本发明使用通用焊机能够将激光束集中于非常狭小的区域，产生高能量密度的热源，该集中热源快速扫过被焊接缝，是一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，大大提高了生产量。

Description

镀锌钢板的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种镀锌钢板的激光焊接方法。

背景技术

目前，国内冷轧钢板产能高，市场竞争激烈，大部分冷轧板需经退火或涂镀后，以冷轧退火板或镀锌板、镀铝锌板、镀锡板、彩涂板形式进入市场。其中退火板或镀锌板所占份额最大，因此，退火和热镀锌成为冷轧钢板的主要后续加工工序。连续热镀锌机组的主要设备有：焊机、连续热处理炉、气刀及镀后处理装置等设备。

我国钢带连续热镀锌起步较晚，但发展迅速。1979年武钢引进西德钢带连续热镀锌机组和技术，开始了我国钢带连续热镀锌的历史。20世纪90年代，国内大型钢铁企业相继引进一批国外先进的钢带连续热镀锌机组，使我国的热镀锌钢板的生产技术水平和产量得到很大提高。随着我国国民经济的高速发展，特别是近10年，建筑业以前所未有的速度发展，汽车制造业已成为我国支柱产业，家电产品产量跃居世界前列，这为热镀锌钢板的应用提供了广阔的市场前景和空间。市场对热镀锌钢板的需求急剧增产，使我国的热镀锌钢板的生产进入高速发展期。

焊机位于热镀锌机组的入口段，在入口的公共夹送辊和张紧辊组之间。其作用是把带钢上一卷的带尾和下一卷的带头焊接起来，以保证机组的连续生产。目前适合热镀锌机组正常生产的、可采用的、自动化程度较高的激光焊接。

激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一，激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，日益受到人们的关注。目前，国内激光焊接技术逐步成熟，已从实验室逐步应用于工业生产，大量用于汽车、钢铁、航空航天、电子工业和塑料等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种镀锌钢板的激光焊接方法。本发明使用通用焊机能够将激光束集中于非常狭小的区域，产生高能量密度的热源，该集中热源快速扫过被焊接缝，是一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，大大提高了生产量。

本发明提供的镀锌钢板的激光焊接方法包括焊机工作循环、焊机初始化、焊机准备、带尾准备、带头准备和焊接等程序步骤：

焊接初始化：把焊机各个部分移动到初始位置，；

焊机准备：焊接头，切割头的初始位，各种保护气的气压达到额定值，冷却水的流量温度没有报警等。

带尾准备、带头准备包括：主夹夹紧，磁尺测量确定中心线，活套抬起，完成带钢中心线的调整，以及液压缸的夹紧。开始带尾对中，带尾准备，然后带有定位请求，带头带尾对中，若横移被选中，则手动横移，否则直接进入下一步，接着进行焊接，若月牙被选中，则定位焊缝并月牙剪剪切，否则直接进入下一步；最后到焊缝质量验证发送至生产线，完成一次焊接循环，准备下一次焊接。

本发明提供的镀锌钢板的激光焊接方法具体包括的步骤如下：

1)焊机初始化，关系到整个焊接质量的成败，初始化是对整个焊接的初始准备，调整，焊机首先降下压轮，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动剪切头和焊接头到安全位置，关闭氩气和氮气阀，移动光路开关到剪切位，冲孔提升等一系列过程，接着支撑台下降，两个夹具打开，入口夹具移动到后位，出口夹横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位等。

2)焊机准备，过程与初始化一致，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动焊接头到安全位置，关闭氩气和氮气阀，移动光路开关到剪切位，冲孔提升等一系列过程，接着支撑台下降，两个夹具打开，入口夹具移动到后位，出口夹横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位，XY轴移动到带尾剪切位等区别在于压轮移动到停靠位后，需要移动光路开关到剪切位并且移动镜头到焦点位置。

3)带尾准备，其流程是首先移动X，Y，Z轴到剪切位置，X表示沿生产线线方向的轴，Y表示垂直于生产线方向的轴，Z表示竖直方向的轴，然后关闭两个主夹具和出口柔性夹具，支撑台升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下，打开快门，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时500ms。带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，并且透镜移动到焦点位置，Y轴到操作侧，X轴Y轴到入口位置，之后支撑台下降，打开入口夹，在这个过程中如果冲孔被选中，则进行带定时的机械冲孔，否则跳过，完成带尾准备。

4)带头准备，其流程是首先移动Z轴到焦点位置移动光路开关到剪切位，然后关闭两个主夹具和出口柔性夹具，支撑台升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下，打开快门，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时500ms。带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，移动X轴到焊接位置，之后支撑台下降，若压轮被选中，则进行压轮预定位，否则跳过，最后中性层调整，可移动夹具到前位，移动Y到焊接位，带头准备完成，延时500ms。

5)焊接，其流程是首先移动Z₂焦点位置，光路开关到焊接位，打开氮气阀和氩气阀，激光设定点等准备，之后开始焊接，过程为打开快门，移动Y轴进行焊接，焊接完到达定点后，关闭快门，激光设定点，关闭氩气和氮气阀，剪切完成，延时500ms，与焊接同时进行还有一个步骤，碾压，焊接之后钢带钢带之间必有一些粗超，需要碾压整平，其过程为，压轮被选择后，开始压轮到等待位，之后若到侧位，升起压轮，若不到侧位则等待焊接完成，移动Y到操作侧，移动压轮到操作侧，压轮下降，完成一下碾压，延时500ms，最后打开两个夹具，焊接完成，延时500ms。

本发明提供了一种镀锌钢板的激光焊接方法。本发明的特点是：焊接速度快、深度大、变形小；能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单；激光聚焦后，功率密度高；操作简单，易实现机械化，可焊材料广泛，焊接区域有更高的拉伸和剪切强度，更高的疲劳强度等，可以有效改善系统性能，提高生产率。特别是，本发明使用通用焊机能够将激光焊机的激光束集中于非常狭小的区域，从而产生高能量密度的热源，该集中热源快速扫过被焊接缝，是一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，大大提高了生产量。比其他焊接方法更精准，高效，焊接速度提高20％，焊接的效率提高25％。

附图说明

图1、镀锌生产线激光焊机总体结构流程图。

图2、激光焊机机械结构图。

图3、焊机工作循环的过程图。

图4、焊机初始化流程图。

图5、焊机准备流程图。

图6、带尾准备流程图。

图7、带头准备流程图。

图8、焊接流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施方案参照附图详细说明如下：

如图1所示：1.入口活套；2.第一入口对中夹具；3.第二入口对中夹具；4.入口活动夹具；5.出口固定夹具；6.光路开关；7.激光发生器；8.第二出口对中夹具；9.冲孔装置；10.第一出口对中夹具；11.出口活套。

如图2所示：12.焊接头；13.出口夹具；14.入口夹具；15.支撑台；16.压轮；17.液压缸。

本发明焊机主要包括入口活套，入口对中夹具，入口活动夹具，出口固定夹具，光路系统，激光发生器，出口对中夹具，冲孔装置，出口对中夹具，出口活套，焊接头，出口夹具，入口夹具，支撑台，压轮，液压缸以及机械主体结构等。主要包括焊机工作循环的总流程、焊机初始化流程、焊机准备、带尾准备、带头准备、焊接。

结合附图对本发明详细描述如下：

如附图3所示，本发明的方法应用于镀锌生产线激光焊机(德国克莱西姆LW21L型CO₂连续型激光焊机)焊接的总循环图，完成一个完整的焊接过程，遵循主时序图。其中主要包括焊接初始化，焊接准备，带尾准备，带头准备，完成焊接。其中焊接初始化主要是把各个部分移动到初始位置，焊接准备包括焊机初始化，焊接头，切割头的初始位，各种保护气的气压达到额定值，冷却水的流量温度没有报警等。

开始带尾对中，带尾准备，然后带有定位请求，带头带尾对中，若横移被选中，则手动横移，否则直接进入下一步，接着进行焊接，若月牙被选中，则定位焊缝并月牙剪剪切，否则直接进入下一步，带头带尾准备包括：图1中主夹4、5夹紧，磁尺测量确定中心线，图1中活套1抬起，完成带钢中心线的调整，以及图2中液压缸17的(有九个小液压缸)夹紧。经过一系列的过程，最后到焊缝质量验证发送至生产线，完成一次焊接循环，准备下一次焊接。

如附图4所示，焊机初始化流程，关系到整个焊接质量的成败，初始化是对整个焊接的初始准备，调整，焊机首先降下图2中压轮16，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动图2中焊接头12到安全位置，关闭氩气和氮气阀，图1中移动光路开关6到剪切位，图1中冲孔9提升等一系列过程，接着图2中支撑台15下降，图1中两个夹具4、5打开，图1中入口夹具14移动到后位，出口夹5横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位等。

所述的图2中的焊接头12透镜归零，其过程如下，首先透镜下降到下极限开关，然后提升透镜到下极限开关负边缘，经过初始化编码器，最后再提升透镜到中间位完成归零过程，延时500ms进行下一个动作。

如附图5所示，焊机准备流程，其过程与初始化一致，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动图2中焊接头12到安全位置，关闭氩气和氮气阀，图1中移动光路开关6到剪切位，图1中冲孔9提升等一系列过程，接着图2中支撑台15下降，图1中两个夹具4、5打开，图1中入口夹具14移动到后位，出口夹5横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位，XY移动到带尾剪切位等。区别在于图2中压轮16移动到停靠位后，需要移动光路开关到剪切位并且移动镜头到焦点位置。

所述的焦点位置是激光焊机焊接工艺的一个重要参数，焦点位置影响工件表面激光光斑的大小，使工件表面辐射照度发生变化，从而影响熔深和焊缝成形。如果焦距比较小，可以得到小的焦距光斑直径和高的焦斑辐射照度，但过小容易在焊接过程中受污染和飞溅损伤，而一旦镜面被污染，其对激光的吸收将显著增加，降低到达工件的激光功率，并可能引起透镜破裂。因此焊机准备移动焦点位置必须精准。

如附图6所示，带尾准备流程，首先移动X，Y，Z轴到剪切位置，X表示沿生产线线方向的轴，Y表示垂直于生产线方向的轴，Z表示竖直方向的轴，然后关闭两个图2中出口夹具13和入口夹具14，支撑台15升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时500ms。带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，并且透镜移动到焦点位置，Y轴到操作侧，X轴Y轴到入口位置，之后支撑台15下降，打开入口夹3，在这个过程中如果图1冲孔9被选中，则进行带定时的机械冲孔，否则跳过，完成带尾准备。

如附图7所示，带头准备流程，首先移动Z轴到焦点位置移动光路开关到剪切位，然后关闭两个图2出口夹具13和入口夹具14，支撑台15升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时500ms。带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，移动X轴到焊接位置，之后支撑台15下降，若压轮16被选中，则进行压轮预定位，否则跳过，最后中性层调整，可移动夹具到前位，移动Y到焊接位，带头准备完成，延时500ms。

如附图8所示，进行完上述准备准备工作，开始焊接，首先移动Z₂焦点位置，光路开关到焊接位，打开氮气阀和氩气阀，激光设定点等准备，之后开始焊接，移动Y轴进行焊接，焊接完到达定点后，关闭快门，激光设定点，关闭氩气和氮气阀，剪切完成，延时500ms，与焊接同时进行还有一个步骤，碾压，焊接之后钢带钢带之间必有一些粗超，需要碾压整平，其过程为，压轮被选择后，开始压轮到等待位，之后若到侧位，升起压轮，若不到侧位则等待焊接完成，移动Y到操作侧，移动压轮到操作侧，压轮下降，完成一下碾压，延时500ms，最后打开两个夹具，焊接完成，延时500ms。

通过对本激光焊机进行实验结果证明，比其他焊接方法的焊接速度、效率等都有很大的提高，焊接速度提高20％，焊接的效率提高25％，达到提高生产量的有益效果。

Claims

1.一种镀锌钢板的激光焊接方法，其特征在于它包括的步骤、焊机初始化、焊机准备、带尾准备、带头准备、焊接程序、焊机工作循环：

焊接初始化：把焊机各个部分移动到初始位置；

焊机准备：焊接头，切割头的初始位，各种保护气的气压达到额定值，冷却水的流量温度没有报警；

带尾准备、带头准备包括：主夹夹紧，磁尺测量确定中心线，活套抬起，完成带钢中心线的调整，以及液压缸的夹紧；开始带尾对中，带尾准备，然后带有定位请求，带头带尾对中，若横移被选中，则手动横移，否则直接进入下一步，接着进行焊接，若月牙被选中，则定位焊缝并月牙剪剪切，否则直接进入下一步；最后到焊缝质量验证发送至生产线，完成一次焊接循环，准备下一次焊接。

2.一种镀锌钢板的激光焊接方法，其特征在于它包括的步骤如下：

1)焊机初始化，关系到整个焊接质量的成败，初始化是对整个焊接的初始准备，调整，焊机首先降下压轮，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动剪切头和焊接头到安全位置，关闭氩气和氮气阀，移动光路开关到剪切位，冲孔提升过程，接着支撑台下降，两个夹具打开，入口夹具移动到后位，出口夹横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位；

2)焊机准备，过程与初始化一致，移动压轮到停靠点，然后经过透镜归零，移动焊接头到安全位置，关闭氩气和氮气阀，移动光路开关到剪切位，冲孔提升过程，接着支撑台下降，两个夹具打开，入口夹具移动到后位，出口夹横移，中性层调整到初始位，间隙调整到初始位，X轴、Y轴移动到带尾剪切位区别在于压轮移动到停靠位后，需要移动光路开关到剪切位并且移动镜头到焦点位置；

3)带尾准备，其流程是首先移动X，Y，Z轴到剪切位置，X表示沿生产线线方向的轴，Y表示垂直于生产线方向的轴，Z表示竖直方向的轴，然后关闭两个主夹具和出口柔性夹具，支撑台升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下，打开快门，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时；带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，并且透镜移动到焦点位置，Y轴到操作侧，X轴Y轴到入口位置，之后支撑台下降，打开入口夹，在这个过程中如果冲孔被选中，则进行带定时的机械冲孔，否则跳过，完成带尾准备；

4)带头准备，其流程是首先移动Z轴到焦点位置移动光路开关到剪切位，然后关闭两个主夹具和出口柔性夹具，支撑台升起，透镜移动到焦点位置，打开氮气阀，光路移动到剪切位，激光设置定点，之后进行带尾剪切，过程如下：打开快门，开始移动Y轴并剪切到达位置后关闭快门激光设置定点，关闭氮气阀，剪切完成，延时；带尾剪切完之后，移动Z轴到安全位置，移动X轴到焊接位置，之后支撑台下降，若压轮被选中，则进行压轮预定位，否则跳过，最后中性层调整，可移动夹具到前位，移动Y到焊接位，带头准备完成，延时；

5)焊接，其流程是首先移动Z₂焦点位置，光路开关到焊接位，打开氮气阀和氩气阀，激光设定点等准备，之后开始焊接，过程为打开快门，移动Y轴进行焊接，焊接完到达定点后，关闭快门，激光设定点，关闭氩气和氮气阀，剪切完成，延时，与焊接同时进行还有一个步骤，碾压，焊接之后钢带钢带之间必有一些粗超，需要碾压整平，其过程为，压轮被选择后，开始压轮到等待位，之后若到侧位，升起压轮，若不到侧位则等待焊接完成，移动Y到操作侧，移动压轮到操作侧，压轮下降，完成一下碾压，延时500ms，最后打开两个夹具，焊接完成，延时。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的延时为500ms。