CN103100795A - 激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种将上部钢板和下部钢板以彼此间具有规定的间隙的方式叠置后进行激光焊接的激光焊接方法。所述方法包括：叠焊步骤，沿所述上部钢板及下部钢板的焊接部照射聚焦区的激光束，以在上部钢板上沿焊接部形成熔槽，并且通过传热在下部钢板上沿焊接部形成热膨胀部；以及花样焊接步骤，沿所述焊接部按规定的图案照射聚焦区的激光束，以使形成于所述上部钢板上的熔槽的边缘与所述下部钢板的热膨胀部一起熔融而形成熔池。

Description

激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法，更为详细地涉及一种将两个钢板以彼此间具有预定距离间隙的方式叠置后，通过激光焊接将所述两个钢板焊接的激光焊接方法。

背景技术

一般来说，作为用于组装车体部件的焊接方法主要应用点焊，并且对无法适用这种点焊的焊接部适用电弧焊或激光焊接。

特别是，上述激光焊接无需使用焊料(filler metal)，且具有焊接速度快、焊接周期短、热输入量小、热影响区(heat affected zone；HAZ)小以及最大限度地减少变形等优点，因此取代上述点焊及电弧焊，最近在车体部件的接合中呈现出应用逐渐增多的趋势。

作为这种激光焊接，主要采用在激光束的聚焦区利用能量的多次反射及多次吸收的穿透焊(keyhole welding)，这种穿透焊在激光束通过透镜汇聚在材料上，从而产生能量的多次反射及多次吸收的大约2mm以内的聚焦区中进行。

即，在汇聚激光束的电磁波能量的焦点位置中，激光束冲撞于材料的表面，且其冲击能量转换成热能而产生电磁波的小孔(key hole)现象，从而执行穿透焊。因此，所谓穿透焊是指在高功率激光焊接时，由于蒸气压等的作用，在熔池中形成小孔而进行的焊接。

如图1所示，激光焊接利用激光焊接系统，焊接普通钢板或镀覆钢板等材料。

所述激光焊接系统在机器人1的臂3的前端设置有激光头5，该激光头5通过光纤连接于激光振荡器7。

机器人1通过机器人控制器C工作，所述激光头5由机器人1沿材料9的焊接部移动的同时照射激光束LB以进行焊接作业。

另一方面，作为车体部件材料，最近和普通钢板一起主要适用镀锌钢板(Galvanized Steel Sheet)。镀锌钢板是镀敷有锌的钢板的统称，根据其制造方法分为熔融镀锌钢板(Hot Dipped Galvanized Steel Sheet)和电镀锌钢板(Electrolytic Galvanized Steel Sheet)。所述镀锌钢板能够防止铁的最大缺点-锈，且最大限度地发挥铁的优点-刚性和经济性，从这一层面上呈现出其使用量增多的趋势。

然而，如图2所示，当叠置两张镀锌钢板11、12，并利用激光束的上述特性进行焊接时，在上部镀锌钢板11及下部镀锌钢板12之间没有一定的间隙(Gap)时，由于因镀锌层13的蒸发而引起的锌蒸气的影响，在焊接部W上形成爆裂性气孔。

由此，为了在叠置两张镀锌钢板11、12后进行激光焊接，重要的是在上部镀锌钢板11及下部镀锌钢板12之间保持一定的间隙，以排出锌蒸气。

然而，在这种镀锌钢板11、12的激光焊接时，如果镀锌钢板11、12之间的间隙较大或较小，则会频繁地出现焊接部W的断裂等不良焊接现象，并且会产生由于焊道(weld bead)的凹陷而引起的针孔(pin hole，微小气孔)等。因此，在拉伸试验时，这种针孔成为在焊接部W中产生界面断裂(interfacialfractures)的主要原因。

发明内容

本发明的实施例提供一种激光焊接方法，在叠置两张以上钢板后进行激光焊接时，即使在需要焊接的多个钢板材料之间的间隙较大的情况下，也能在不产生针孔(pin hole)或焊穿(burn through)等的情况下焊接多个所述钢板。

本发明的一个或多个实施例的激光焊接方法在将上部钢板和下部钢板以彼此间具有规定的间隙的方式叠置后进行激光焊接。

在一个或多个实施例中，所述激光焊接方法包括：叠焊步骤，沿所述上部钢板及下部钢板的焊接部照射聚焦区的激光束，以在上部钢板上沿焊接部形成熔槽，并且通过传热在下部钢板上沿焊接部形成热膨胀部；以及花样焊接(pattern welding)步骤，沿所述焊接部按规定的图案照射聚焦区的激光束，以使形成于所述上部钢板上的熔槽的边缘与所述下部钢板的热膨胀部一起熔融而形成熔池。

在一个或多个实施例中，所述上部钢板的厚度与所述下部钢板的厚度相同。

在一个或多个实施例中，所述规定的间隙为所述钢板的厚度的10％～50％。

在一个或多个实施例中，所述上部钢板的厚度与所述下部钢板的厚度相异，所述规定的间隙为所述上部钢板的厚度的10％～50％。

在一个或多个实施例中，所述规定的图案形成为具有重复的“V”字形状的锯齿状图案。

在一个或多个实施例中，所述规定的图案的宽度大于熔槽的宽度。

在一个或多个实施例中，所述规定的图案的间距等于或小于熔槽的宽度。

在一个或多个实施例中，所述上部钢板及所述下部钢板分别是镀锌钢板。

附图说明

图1是常规激光焊接系统的结构图。

图2是用于说明在将镀锌钢板相互叠置后进行激光焊接时所产生的问题的示意图。

图3是本发明实施例的激光焊接方法的工艺图。

图4是通过本发明实施例的激光焊接方法所形成的叠焊部的剖视图。

图5是通过本发明实施例的激光焊接方法所形成的花样焊接部的剖视图。

图6是通过本发明实施例的激光焊接方法所形成的多个镀锌钢板的接合部的剖视图及照片。

符号说明

11：上部钢板            12：下部钢板

13：镀锌层              15：熔槽

17：热膨胀部            19：熔槽的边缘

21：桥部                23：熔池

LB：激光束              T：厚度

G：间隙                 W：焊接部

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。

但是，在图中各结构的大小及厚度是为了便于说明而任意表示的，因此本发明并不一定局限于图示的内容，此外为了清楚地表示各部分及区域，放大显示了厚度。

此外，为了清楚地说明本发明的实施例，省略了与说明无关的部分，并在通篇说明书中对相同或相似的结构使用相同的附图标记而进行说明。

图3是本发明实施例的激光焊接方法的工艺图，图4是通过本发明实施例的激光焊接方法所形成的叠焊部的剖视图，图5是通过本发明实施例的激光焊接方法所形成的花样焊接部的剖视图。

本发明实施例的激光焊接方法是将两张以上的钢板或镀覆钢板叠置后进行激光焊接的方法，尤其适用于被叠置的两张以上钢板之间的间隙为钢板材料厚度的10％以上的情况。

参照图3，本发明实施例的激光焊接方法包括叠焊步骤S1，在上部钢板11和下部钢板12以彼此间形成间隙G的方式被叠置的状态下通过上部钢板11进行；以及紧接着所述叠焊步骤S1而进行的焊接步骤S2。

其中，在所述上部钢板11和所述下部钢板12之间形成的间隙G可为所述钢板厚度T的10％～50％。此外，为了便于说明，例举上部钢板11和下部钢板12具有相同厚度的情况，但并不限于此。即，上部钢板11的厚度可与下部钢板12的厚度不同，此时所述间隙G可为上部钢板11的厚度的10％～50％。

在本发明的实施例中，例举上部钢板11和下部钢板12为镀锌钢板，其厚度T为1.6mm，且上部钢板11和下部钢板12之间的间隙G为0.8mm的情况(即，间隙G为钢板厚度T的50％的情况)。

参照图4，在所述叠焊步骤S1中，沿着以具有间隙G的方式相互叠置的上部钢板11和下部钢板12的焊接部W线性照射聚焦区的激光束LB。

此时，在上部钢板11上沿焊接部W形成贯穿的熔槽15，并且通过传热在下部钢板12上沿焊接部W形成热膨胀部17。

在如此的叠焊步骤S1中，当激光束LB的功率为3,400W，焊接速度为30mm/sec时，在上部钢板11的焊接部W形成宽度Wd1为0.5mm～0.7mm的熔槽15。

而且在下部钢板12的表面，由于传热沿着焊接部W向所述熔槽15隆起而形成热膨胀部17。

参照图5，在所述花样焊接步骤S2中，沿所述上部钢板11的焊接部W按规定的图案照射聚焦区的激光束LB。

所述规定的图案形成为具有重复的“V”字形状的锯齿状图案。

即，在所述花样焊接步骤S2中沿着上部钢板11的熔槽15按锯齿状图案照射激光束LB。此时，形成于上部钢板11的熔槽15的边缘19被熔融，且由于重力作用而向下流动。所述被熔融的边缘19与所述下部钢板12的热膨胀部17相会而形成桥部21。然后，所述上部钢板11和下部钢板12通过桥部21相互连接且一起熔融。

若重复进行这种激光束LB的花样焊接过程，则在所述上部钢板11和下部钢板12的焊接部W形成如图6所示的熔池23。

其中，所述规定的图案的宽度Wd2应比熔槽15的宽度Wd1更宽。

例如，当激光束LB的功率为3,400W，焊接速度为300mm/sec，且在上部钢板11上形成的熔槽15的宽度Wd1为0.5mm～0.7mm的范围时，在花样焊接步骤S2中的锯齿状图案的宽度Wd2优选为2mm以上。

此时，所述锯齿状图案的间距(激光束在宽度方向上往返一次时激光束沿焊接部所移动的距离)被设定为0.5mm，从而使热影响区重叠。由此，使所述上部钢板11的熔槽15的边缘19与下部钢板12的热膨胀部17充分地吸收激光束LB的电磁波能量以形成熔池23。在一个或多个实施例中，所述锯齿状图案的间距等于或小于熔槽15的宽度Wd1。

如此，根据本发明实施例的激光焊接方法，如图6所示，即使在上部钢板11和下部钢板12以彼此间具有其厚度T的10％以上的间隙G的方式叠置的情况下，也能在焊接部W上不产生针孔(pin hole)或焊穿(burn through)等的情况下确保充分的熔融宽度，从而获得良好的焊接质量。

此外，本发明实施例的激光焊接方法尤其适用于叠置两张以上镀锌钢板后进行的激光焊接。在此情况下，能够充分地确保用于排出涂覆于多个镀锌钢板上的镀锌层的燃烧而产生的锌蒸气的间隙G，且能够防止在穿透焊时可能会产生的由于间隙G而引起的不良焊接现象，而且即使在焊接部W上形成凹陷形状的焊道WB，也能够充分地保持拉伸强度及剪切强度。

根据本发明的实施例，在叠置两张以上钢板后进行激光焊接时，连续进行叠焊和锯齿状图案的花样焊接。因此，即使在钢板之间的间隙较大的情况下，也能在不产生针孔(pin hole)或焊穿(burn through)等的情况下，确保充分的熔融宽度而进行焊接。

此外，本发明的工艺简单，且通过确保充分的熔融宽度，能够充分地保持拉伸强度及剪切强度。

以上说明了本发明的一实施例，但本发明并不局限于上述实施例，而包括本发明所属技术领域中普通技术人员从本发明的实施例易于变更且被认为等同的范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种激光焊接方法，将上部钢板和下部钢板以彼此间具有规定的间隙的方式叠置后进行激光焊接，所述方法的特征在于，包括：

叠焊步骤，沿所述上部钢板及所述下部钢板的焊接部照射聚焦区的激光束，以在所述上部钢板上沿焊接部形成熔槽，并且通过传热在所述下部钢板上沿焊接部形成热膨胀部；以及

花样焊接步骤，沿所述焊接部按规定的图案照射聚焦区的激光束，以使形成于所述上部钢板上的熔槽的边缘与所述下部钢板的热膨胀部一起熔融而形成熔池。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述上部钢板的厚度与所述下部钢板的厚度相同。

3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述规定的间隙是所述上部钢板或所述下部钢板的厚度的10％～50％。

4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述上部钢板的厚度与所述下部钢板的厚度相异，所述规定的间隙是所述上部钢板的厚度的10％～50％。

5.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述规定的图案形成为具有重复的“V”字形状的锯齿状图案。

6.根据权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述规定的图案的宽度大于所述熔槽的宽度。

7.根据权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述规定的图案的间距等于或小于所述熔槽的宽度。

8.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述上部钢板及所述下部钢板分别是镀锌钢板。

9.一种激光焊接方法，将上部钢板和下部钢板以彼此间具有规定的间隙的方式叠置后进行激光焊接，所述方法的特征在于，包括：

第一焊接步骤，沿所述上部钢板的焊接部照射激光束以在上部钢板上形成熔槽，并且通过传热在所述下部钢板上形成与所述熔槽对应的热膨胀部；以及

第二焊接步骤，执行所述第一焊接步骤后，对所述上部钢板的熔槽，按比所述熔槽的宽度大的宽度沿锯齿状图案照射聚焦区的激光束，以使所述熔槽的边缘与所述下部钢板的热膨胀部一起熔融而形成熔池。

10.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，所述间隙是所述上部钢板的厚度的10％～50％。

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