CN103273199B - 一种可提高激光焊接强度的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可提高激光焊接强度的加工方法，包括被焊接的零件焊接件、工件焊接件以及支撑体，因零件焊接件、支撑体以及工件焊接件之间的相交焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有用于提高焊接强度的在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体。焊接结合体包括熔池部、熔宽部以及焊接细腰部。焊接时，通过焊接结合体中熔池部、焊接细腰部以及熔宽部将被焊接的零件焊接件与工件焊接件焊接固定一起的，避免了现有技术中焊接薄壁材料时因产生仅熔池透或者过熔池透或者熔池贯穿引起的被焊接的零件变形或者击穿被焊接工件，从而有利于提高被焊接零件的焊接强度，同时，也避免影响被焊接零件质量，因此，达到提高外观焊接质量。

Description

一种可提高激光焊接强度的加工方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于激光焊接方面的可提高激光焊接强度的加工方法。

【背景技术】

请参考图1至图4所示，现有激光焊接方法为：先把两个被焊接的工件叠层紧密贴合在一起的，然后从被焊接两个工件的一单面焊接一起,再从两个工件另一单面焊接一起，使工件焊接一起，并且获取一定焊接强度。焊接时，由于激光焦点处的光斑小，焊接时产生连接体的体积小，容易产生脆化晶相，使得焊接强度常常不足。为此增加被焊接点或者重复或者连续焊所解决方法，一般都是采用调整被焊接工件位置关系而实现。但此种焊接加工方法相对于薄板或者薄片或者紧密小工件或者有限焊接位置的工件或者外观要求的等薄壁材料，焊接薄壁材料时，由于零件与工件之间未设有间隙，当激光功率密度加大至熔池部贯穿，熔池部内金属熔液在金属蒸汽的压力和重力的作用下，塌陷补泄，残留金属熔液变成筒状，热容量变小，冷却凝固快，容易产生脆化、焊接强度减小，而此时零件的表面亦遭到破坏，因此使得两个工件的被焊接处容易形成仅熔池透现象或者过熔池透现象或者熔池贯穿现象发生，使得很容易击穿被焊接的工件或者被焊接的工件相交处容易产生变形，导致被焊接零件的焊接强度比较低。

【发明内容】

本发明的技术目的是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种在焊接薄壁材料时可提高两个被焊接零件相交处的焊接强度和外观焊接质量的可提高激光焊接强度的加工方法。

为了实现上述技术问题，本发明所提供一种可提高激光焊接强度的加工方法，包括被焊接的零件焊接件、设置于零件焊接件底部的工件焊接件、以及设置于零件焊接件与工件焊接件之间的具有支撑力的支撑体，所述的零件焊接件、支撑体以及工件焊接件之间的相交焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有用于提高焊接强度的在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体。

依据上述主要技术所述，所述的焊接结合体所形成的形状为铆钉状。

依据上述主要技术所述，所述的支撑体的形状为球体或者正多面体。

依据上述主要技术所述，所述支撑体是由金属氧化物或者化合物或者玻璃陶瓷或者塑胶或者泡沫板或者木材或者纸张或者树脂或者固体可溶物或者磁性物质构成的。

依据上述主要技术所述，所述的工件焊接件上设置有用于收容部分焊接结合体的收容凹槽。

依据上述主要技术所述，所述焊接结合体包括熔置于零件焊接件内的熔池部、熔置于工件焊接件内的熔宽部，以及置于熔池部与熔宽部之间的焊接细腰部。

依据上述主要技术所述，熔池部的高度大于零件焊接件的厚度，所述的熔宽部的宽度大于焊接细腰部直径的宽度。

依据上述主要技术所述，所述的熔池部内部形成有具有压力的和可控制金属液体流向的金属蒸汽。

本发明的有益效果：因所述的零件焊接件、支撑体以及工件焊接件之间相交焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有用于提高焊接强度的在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体。所述焊接结合体包括熔置于零件焊接件内的熔池部、熔置于工件焊接件上收容凹槽内的熔宽部、以及熔置于熔池部与熔宽部之间的焊接细腰部。焊接时，通过焊接结合体中熔池部、焊接细腰部以及熔宽部将被焊接的零件焊接件和工件焊接件两者固定一起的，被焊接零件焊接件相连的面积越大，使得被焊接零件焊接件和工件焊接件之间的牢固性越好，避免了现有技术中焊接薄壁材料时因产生仅熔池透或者过熔池透或者熔池贯穿引起的被焊接零件变形或者击穿被焊接工件，从而有利于提高被焊接零件焊接件与工件焊接件的焊接强度，同时，也避免影响被焊接零件质量，因此，达到提高外观焊接质量。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1是现有技术中未熔池透的示意图；

图2是现有技术中适度熔池透的示意图；

图3是现有技术中过熔池透的示意图；

图4是现有技术中熔池贯穿的示意图；

图5是本发明中焊接结合体的示意图。

【具体实施方式】

请参考图5所示，下面结合本发明实施例说明一种可提高激光焊接强度的加工方法，包括至少两个被焊接的零件焊接件1、设置于零件焊接件1底部的工件焊接件2、以及设置于零件焊接件1与工件焊接件2之间具有支撑力的支撑体3。

所述的零件焊接件1、支撑体3以及工件焊接件2三者之间相交的焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体，该焊接结合体主要用于提高焊接强度。所述的焊接结合体所形成的形状为铆钉状。所述焊接结合体包括熔置于零件焊接件1与零件焊接件1之间形成间隙空间内的熔池部4、熔置于工件焊接件2上收容凹槽内的熔宽部5、以及熔置于熔池部4与熔宽部5之间的焊接细腰部7。熔池部4高度大于零件焊接件1厚度，所述熔宽部5的宽度大于焊接细腰部7直径的宽度。所述的熔池部4内部形成金属蒸汽，该金属蒸汽具有一定压力，该压力大小可控制熔池部内的金属液体的流向的。所述的工件焊接件2上面设置有用于收容焊接结合体的收容凹槽。

零件焊接件1下面安装有工件焊接件2，所述的支撑体3置于工件焊接件2与零件焊接件1之间的，使零件焊接件1侧面与零件焊接件1侧面之间所形成第一层间隙，该第一层间隙主要用于收容熔池部4。所述的零件焊接件底面与工件焊接件上面之间形成第二层间隙，位于第二层间隙下面的工件焊接件2上表面开设有收容凹槽。该收容凹槽、第一层间隙以及第二层间隙形成铆钉状或者钉帽状的间隙空间，此间隙空间主要用于收容焊接结合体。当激光对零件焊接件1与工件焊接件2之间焊接时，激光焊接作用于第二层间隙，使该第二层间隙形成熔池部4，由于第一层间隙内没有阻挡和压力，在金属蒸汽的压力和重力作用下，熔池部4贯穿，金属熔液从穿孔处向第二层间隙内涌出并四周扩散，高温的金属熔液将与工件焊接件1一部分周边的固体熔化，并与零件焊接件1的熔池部4融合，形成铆钉状的焊接结合体。该焊接结合体上的熔宽部5的尺寸、直径形成体积比较大的金属熔液堆。而该焊接结合体的焊接强度与熔宽部5半径平方成正比例。再者熔池部4变大之后，其金属熔液堆的热熔总量变大，使熔池部4、焊接细腰部7以及熔宽部5凝固成晶体，该晶体可以大大增加焊接结合体焊接强度，因此，有利于提高焊接强度。

上述高温的金属熔液从穿孔处涌出第二间隙内，并向四周扩散时，所述的熔宽部5的体积不断增大，并继续融化于固态金属接触的部分，这样熔池部4的深度也慢慢增大，消耗了金属熔液有限热量，也减少了金属蒸汽的压力，所以零件上的熔池部4深度必然很小。在提高激光功率密度时，同样可以使熔宽部5增大，而厚度增加很小，因此，可以保证了在焊接强度好的情况下，零件的表面不产生缺陷，并保持了良好的外观。

为了获取所述的间隙空间，而采取如下几种方案，其一，取零件焊接件1调整激光参数，使功率密度逐渐加大，并使零件焊接件1被激光腐蚀同时，熔池部4内小孔的深度，以及超过零件的另一面形成贯穿。在激光参数的不变情况，取零件焊接件1与零件焊接件1之间的间隙空间，该间隙空间大小或宽度，以适合金属熔液从贯穿的熔池部4溢出。其二、利用夹具将两个被焊接的零件焊接件1和工件焊接件2的位置固定，并使被焊接零件焊接件1和工件焊接件2之间离开一定间隙，该间隙大小可以调整，其调整范围在10至1000厘米之间即可。其三，在被焊接零件焊接件1上的焊接径处加设一个适当凹陷而形成间隙，该间隙大小可根据实验得知，间隙设定后就可以直接使用。其四，通过在零件焊接件1与工件焊接件2之间放置支撑体3，而获取焊接半径之间的间隙。玻璃球体各个方向尺寸一致，放置时具有随机性，当仍能保持尺寸，对于一个平面只要求三个玻璃球体支撑起来即可。如在零件焊接件1与工件焊接件2之间随机撒上大颗粒的支撑体3，其他支撑体3可以自由状态，能轻易滚开，不管颗粒粒径范围有多大，其支撑的间隙大小都是取其最大值，如颗粒半径范围为10至30厘米，则可以支撑起所述间隙的。

如调整激光参数及功率密度，至少能贯穿零件焊接件1，即置于零件，也可以将零件焊接件1与工件焊接件2紧密贴合调高激光功率密度，使零件焊接件1与工件焊接件2同时贯穿，然后，将零件焊接件1与工件焊接件2之间分开一定距离，形成间隙。如激光参数进行焊接，调整所述间隙空间大小可以获得铆钉状的焊接结合体，使焊接强度加大。

如使用此种激光焊接方式可得到焊接强度高出几倍，甚至几十倍效果。不同激光功率密度大而产生整体或者外观颜色或者变形缺陷。当采用多点焊接或者逐点焊接时，此被焊接零件焊接件1的焊接强度高出数倍的技术效果。尤其是从厚板向薄板的焊接时，此法更加容易把握，因为间隙空间存在，可使金属熔液难以第二层零件深度上渗透，而在工件焊接件2表面线层横向扩散，形成铆钉状的焊接结合体。即使工件焊接件2为比较薄壁的，也不会形成过熔透现象，即保证焊接强度。

当激光功率密度足够大且零件焊接件1壁相对于薄时，激光形成的小孔，贯穿整个零件焊接件1，而且零件焊接件1背面可以接收到部分激光。当零件焊接件1及工件焊接件2分开一定间隙时，激光贯穿零件焊接件1，而在间隙内形成一个零件焊接件1的熔池部4的宽度更加大的形成铆钉状的熔融区，凝固后零件焊接件1与工件焊接件2之间焊接强度大大增加，而由于工件焊接件2所接收到激光减少。熔池部4内融化的金属液体向间隙外泄，熔宽部5的宽度增加，大大耗损了熔池部4内有限的热容量和金属蒸发的压力，导致熔池部4的深度难以大幅度延伸，因而，工件焊接件2不易产生过熔透或者熔透，所以不仅获得了良好的焊接强度，还很容易保持工件焊接件2的背面外观完整无缺的，不变色，不变形，焊接完成之后，壳体表面没有任何变色，变形，疤痕，凸起，凹陷，可以直接使用或者直接进行表面涂装，而省去传统的电焊、电阻焊、氩弧焊，甚至在此之前的多种激光焊接工艺过程中形成的，上述各种外观缺陷，同时也省去了打磨、补平、抛光等工序，使得更加高效及节能。

在零件焊接件1与工件焊接件2的焊接部位之间预留一个适当的间隙，此时，调节激光功率密度，使零件焊接件1贯穿熔池内金属熔液在金属蒸汽的压力下，向间隙内流动，并将周围固态金属熔化，熔池部4在没有压力的间隙处横向扩大后，使金属熔液热量及金属蒸汽和压力释放很多，所以熔池部4宽度增加多，而深度增加少，而形成铆钉状的焊接结合体。此焊接方式与以往所采用的零件焊接件1焊接部位紧密贴合的方法相互比较，本发明的焊接方式，可使在零件焊接件1上的熔池深度减小而熔池的宽度增加，能有效提高焊接强度且保持工件的表面的完好。此焊接方式不仅适用于深熔焊，特别适用于点焊接或者脉冲焊、逐点焊，同时也适用于连续焊接的。

所述的支撑体3的形状为球体或者正多面体。所述支撑体3是由金属氧化物或者化合物或者玻璃陶瓷或者塑胶，或者泡沫板或者木材或者纸张或者树脂或者固体可溶物或者磁性物质构成的。在本实施例中，所述的支撑体3可以是非金属化合物或者金属氧化物或者玻璃陶瓷或者塑料或者磁性材料等材料或者的任意组合制成的。作为支撑体3应该具有形态的体积，而具有一定直径，其范围根据被焊接的工件的焊接部位的材料厚度，支撑体3的直径范围为10微米至1000微米之间的，被焊接工件焊接件2的厚度为10至6000微米之间的。激光可调节的密度范围根据焊接的要求确定的。作为支撑体3可以是任何物质、成分、形状和有益的性质的，这些支撑体3有时会被包裹进熔池里，对于不同材质零件所形成的熔池部4以及形成其中的金属熔液时，可能产生不同的影响。其主要影响焊接强度、外观品质，因此，使用熔点、沸点均高于零件本体的具有一定硬度的固体材质。作为支撑体3应该具有一定的形态，以保证支撑体3的尺寸的稳定，并能形成均匀的间隙空间，所以可以是球体、多面体、正多面体或者与零件接近的不规则体。尤其特别，指出一种玻璃球体，作为支撑体3的要求：球体的各个方向一致，保证获得均匀的间隙空间；玻璃球便宜又取材方便；玻璃的熔点、沸点较高不会影响熔池内的凝固结晶；玻璃本身对大部分激光具有透明性；玻璃介质产生折射时，玻璃球体对激光具有聚焦作用，因而对激光没有阻隔性，不影响激光能量的导入；三个玻璃球体能构成一个平面，使用时，只要稀疏的撒在一些零件焊接件2和工件焊接件1之间，就能构成均匀的间隙空间的。另外，不同规格尺寸的玻璃球体，很容易购得，便于组合生产使用。所述的支撑体3也可以是磁性体和软磁性，可以通过磁场的磁性控制其分布的位置，即该类支撑体3限定在一个或者各个区域的位置，也可以有效避开焊接部位的。

综上所述，因所述的零件焊接件1、支撑体3以及工件焊接件2之间的焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有用于提高焊接强度的在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体。所述焊接结合体包括熔置于零件焊接件1内的熔池部4、熔置于工件焊接件2上收容凹槽内的熔宽部5、以及熔置于熔池部4与熔宽部5之间的焊接细腰部7。焊接时，通过焊接结合体中熔池部4、焊接细腰部7以及熔宽部5将被焊接零件焊接件1与工件焊接件2焊接固定一起的，避免了现有技术中焊接薄壁材料时因产生仅熔池透或者过熔池透或者熔池贯穿引起的被焊接的零件变形或者击穿被焊接工件，又因焊接结合体的直径比较小，有利于提高被焊接零件的焊接强度，同时，也避免影响被焊接零件质量，因此，达到提高焊接后零件的外观品质。

Claims (2)

1.一种可提高激光焊接强度的加工方法，包括被焊接的零件焊接件、设置于零件焊接件底部的工件焊接件、以及设置于零件焊接件与工件焊接件之间的具有支撑力的支撑体，其特征在于：所述的零件焊接件、支撑体以及工件焊接件之间的相交焊接处形成间隙空间，该间隙空间内收容有用于提高焊接强度的在焊接时由熔池内金属熔液凝固后形成的焊接结合体；该焊接结合体的形状为铆钉状；铆钉状的焊接结合体被收容于工件焊接件上的收容凹槽内部；所述的焊接结合体包括熔置于零件焊接件内的熔池部、熔置于工件焊接件内的熔宽部、以及熔置于熔池部与熔宽部之间的焊接细腰部；熔池部的高度大于零件焊接件的厚度，所述的熔宽部的宽度大于焊接细腰部直径的宽度，形成的熔池部和焊接细腰部为小面积，熔宽部为大面积，即为上小下大倒插铆钉状的焊接结合体；所述的熔池部内部形成有具有压力的和可控制金属液体流向的金属蒸汽。

2.根据权利要求1所述的一种可提高激光焊接强度的加工方法，其特征在于：所述的支撑体的形状为球体或者正多面体。