CN103358024B - 一种金属面板部件激光点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属面板部件激光点焊方法，选用一台激光焊接机，将待点焊的厚度为0.8mm～1mm的下层金属面板与厚度为1～1.2mm的上层金属面板进行预处理，将待焊的上下层金属面板进行贴合固定，最后用激光点焊方式将两层待焊的金属面板部件进行激光电焊步骤，其特征在于：激光点焊时的工艺参数为：激光功率：2.3～3.0KW；点焊时间：180～220ms；焊接速度：12～16mm/s；透镜焦距：φ50×120～φ50×150mm；离焦量：0～1mm；出光频率：6～10HZ；在开始0.5ms内，使激光功率从0上升到100％全功率，保持8.5ms～9ms，完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降到0。本发明能保证焊接后金属面板表面平整、变形小、无氧化等其它痕迹、并且焊接后金属面板之间连接牢固、可靠、无击穿。

Description

一种金属面板部件激光点焊方法

技术领域

本发明涉及一种金属面板部件激光点焊方法。

背景技术

点焊技术是目前连接薄板搭接接头的一种最主要的连接方法，作为一种成熟的焊接工艺在各种工业生产中的应用都非常广泛。点焊的种类非常多，有传统的电阻点焊、电弧点焊，也有近几年发展迅速的激光点焊、搅拌摩擦点焊和复合点焊等；激光点焊作为一种新的点焊方式，与传统的电阻点焊相比具有其特有的优势，特别是对于一些高性能要求的不锈钢薄板焊接结构件。由于采用激光作热源，点焊速度快、精度高，热输入量小，工件变形小；激光的可达性较好，可以减少点焊时位置与结构上的限制；激光点焊属于无接触焊接，焊点之间的距离、搭接量等参数的调节范围大；获得的焊接接头表面质量和性能比传统焊接方法高得多。

目前激光点焊技术在结构件上的应用刚刚起步，激光点焊技术多应用在大批量自动化生产的微小元件的组焊，但是在大功率激光点焊厚度大于0.5毫米材料的研究非常少，更不用说在生产实践际中的应用了，另外目前使用激光点焊中，上层材料一般为薄件，上层材料厚度小于等于下层材料，而以厚件为上层材料会极大地增加了焊接的难度，特别是对于一些金属面板（如不锈钢面板）来时，要保证金属面板表面平整、变形小、无氧化等其它痕迹，还要保证焊接后，上下两层金属面板之间连接牢固、可靠、无击穿，激光点焊的难度非常大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种上层材料较厚时一样能保证焊接后表面平整、变形小、无氧化等其它痕迹、并且焊接后金属面板之间连接牢固、可靠、无击穿的金属面板部件激光点焊方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该金属面板部件激光点焊方法，首先选用一台激光焊接机，然后将待点焊的厚度为0.8mm～1mm的下层金属面板与厚度为1～1.2mm的上层金属面板进行预处理，将待焊的上层金属面板和下层金属面板进行贴合固定，最后采用激光点焊方式将两层待焊的金属面板部件进行激光电焊步骤，其特征在于：激光点焊时的工艺参数为：

激光功率：2.3～3.0KW；

点焊时间：180～220ms；

焊接速度：12～16mm/s；

透镜焦距：φ50×120～φ50×150mm；

离焦量：0～1mm

出光频率：6～10HZ；

激光点焊步骤开始后，在开始0.5ms内，使激光功率从0上升到100％全功率，然后在100％全功率时持续8.5ms～9ms，在持续的这段时间使完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降到0。

选用PB系列光纤传输激光焊接机的好处是排除因电网波动、水温变化、使用一段时间后氙灯老化等问题引起的激光不稳定现象，保证了长期运行能量不衰减。激光功率反馈技术可以使激光输出的功率具有良好的重复性，简单来说，就是可以保证每次输出的激光功率稳定，这样可以有效减少产品的不良率。

激光点焊最主要工艺参数为激光功率、点焊时间、离焦量及间隙，激光功率类似于电阻点焊中的电流，激光功率的高低直接决定了点焊工艺规范的大小。而点焊时间越长，焊接过程的热输入量就越大，形成的焊点尺寸也越大。点焊过程中也存在一些其他影响焊点质量的因素例如离焦量、间隙等。激光焊接参数是决定焊接能力的重要因素，直接影响焊接质量。只要控制好主要参数，即能有效采用高激光焊接加工技术

激光功率的大小是激光焊接工艺的首选参数，只有保证足够的激光功率，才能获得较好的焊接质量。激光功率较小时，熔深很浅而会出现未焊透的现象，这种情况下在焊点内容易形成气孔；当激光功率加大时，可以提高焊接速度和熔深，改善焊点质量。在其他参数不变的条件下，随着激光功率增大，焊件表面的焊点直径上下波动，但幅度不大：但焊接工件的熔核则随着焊接功率的增大而逐渐增加。但是如果功率太大，就会引起材料过分吸收能量，熔化的液态金属容易形成喷溅，导致金属缺失形成较大的凹点，影响焊接强度；同时会引起液态金属喷溅而粘附于工件表面。因此在选择激光功率时要保证焊点处于一个合适的熔透状态。在实际应用中，激光功率的选取除取决于材料本身特性外，尚需根据焊接要求确定。在薄壁材料焊接中，材料表面的汽化，易使焊点成孔，不允许温升超过沸点。在厚材料穿透焊中，因材料较厚，一定量的汽化不会严重影响焊接质量，可适当提高激光功率，因此本发明激光功率采用2.3～3.0KW最为合适。

在一定的激光功率下，延长焊接时间，可以提高激光能量的输入，从而使金属材料吸收更多的能量，使金属熔化更充分，从而可以获得更好的熔深和焊接强度。焊接时间延长，表面焊点直径和焊点熔核均呈逐渐加大的趋势。增加焊接时间可以使热能增加，开始时热能集中在熔深方向上；当熔深达到一定值时，焊点向四周扩展的速度就会逐渐上升，从而使焊点直径增大，但对焊接强度影响不大，因此本发明的点焊时间为180～220ms最合适。

焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深，因此本发明的焊接速度为12～16mm/s最合适。

采用短焦距可获得较高的能量密度，光斑小，要求工件配合间隙要小。长焦距能量密度低，焦距较大，但仍可维持一定的能量密度。但焦距长也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的间距。由于受焊接过程中产生的飞溅物和激光模式的影响，本发明实际焊接使用的透镜焦距多为φ50×120～φ50×150mm的透镜。

离焦量指的是光束焦点位置与工件表面之间的距离，离焦方式有两种——正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。即使正、负离焦量相等，材料表面得到相同的功率密度，其焊接效果也不相同。在激光点焊过程中，光斑直径与激光入射在试件上所形成的初始匙孔和熔池大小存在一定的对应关系，而能量密度则决定了热量在熔池内部的扩散效率，影响焊点的长大速度。当离焦量较小时，激光光斑直径小，激光功率密度大，焊点熔池扩展的速度较快，但初始熔池尺寸较小；相反情况下，离焦量较大，初始熔池直径较大，但是熔池扩展速度变慢，得到的焊点尺寸不一定很大，可见离焦量变化过程中光斑直径和焊点表面能量密度的综合作用决定了最终焊点尺寸的大小。本发明的离焦量为0～1mm。

将两层待焊的金属面板部件进行贴合固定后，确保两层待焊的金属面板部件之间的间隙小于0.1毫米。

作为改进，采用如下结构的夹具对待焊的两层金属面板部件进行贴合固定，所述夹具包括：

具有支撑面的支架，所述支撑面用于放置待焊的下层金属面板；

设置在所述支撑面旁、能压在待焊的下层金属面板上方、且具有镂空的压板；

与压板联接的回转压紧汽缸，回转压紧汽缸能驱动压板做90度旋转、同时能驱动压板相对于支撑面做上升和下降运动；

与回转压紧汽缸连接的手动阀，手动阀具有第一位置和第二位置，手动阀转到第一位置时驱动回转压紧汽缸做正向或反向的90度旋转、同时做上升运动，手动阀转到第二位置时驱动回转压紧汽缸做反向或正向的90度旋转、同时做下降运动；

所述夹具对待焊的两层金属面板部件进行贴合固定的过程为：

把手动阀转到第一位置，回转压紧汽缸上升并旋转90°使压板离开支撑面，此时压板位于支架的侧边位置，先将下层金属面板装入支架的支撑面上，然后再将上层金属面板装入压板下方，并将上层金属面板与压板固定，再将手动阀转到第二位置，回转压紧气缸反向旋转90°使下方连接有上层金属面板的压板压向下层金属面板，同时将上层金属面板和下层金属面板进行压紧，最后，激光焊接机通过压板的镂空处进行激光点焊。

再改进，所述支架支撑面的两个相对侧分别设有一组所述压板、回转压紧汽缸和手动阀。

较好的，选用PB系列光纤传输激光焊接机进行激光点焊焊接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明提供的方法对上层材料较厚的金属面板进行点焊时，能保证焊接后金属面板表面平整、变形小、无氧化等其它痕迹、并且焊接后金属面板之间连接牢固、可靠、无击穿。

附图说明

图1为本发明实施例一中夹具的俯视图；

图2为本发明实施例一中夹具的主视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

本实施例提供的金属面板部件激光点焊方法，首先选用一台PB系列光纤传输激光焊接机，然后将待点焊的厚度为0.8mm的下层不锈钢面板与厚度为1mm的上层不锈钢面板进行预处理，预处理主要清除不锈钢面板上的污渍，将待焊的上层不锈钢面板和下层不锈钢面板进行贴合固定，最后采用激光点焊方式将两层待焊的不锈钢面板部件进行激光电焊步骤，其中激光点焊时的工艺参数为：

激光功率：2.0KW～3.0KW中任选一个参数值，本实施例的激光功率选用2.8KW；

点焊时间：180～220ms中任选一个参数值，本实施例的点焊时间为200ms；

焊接速度：12～16mm/s中任选一个参数值，本实施例的焊接速度选12mm/s；

透镜焦距：φ50×120～φ50×150mm中任选一个参数值，本实施例的透镜焦距选用φ50×150mm；

离焦量：0～1mm中任选一个参数值，本实施例的离焦量0.5mm；

出光频率：6HZ；

激光点焊步骤开始后，在开始0.5ms内，使激光功率从0上升到100％全功率，然后在100％全功率时持续8.8ms，在持续的这段时间使完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降到0。

将两层待焊的不锈钢面板部件进行贴合固定后，确保两层待焊的不锈钢面板部件之间的间隙小于0.1毫米，本实施例采用如下结构的夹具对待焊的两层不锈钢面板部件进行贴合固定，所述夹具包括，参见图1、图2所示：

具有支撑面1的支架2，所述支撑面1用于放置待焊的下层不锈钢面板3；

设置在所述支撑面1旁、能压在待焊的下层不锈钢面板3上方、且具有镂空的压板4；

与压板4联接的回转压紧汽缸5，回转压紧汽缸5能驱动压板做90度旋转、同时能驱动压板4相对于支撑面1做上升和下降运动；

与回转压紧汽缸5连接的手动阀6，手动阀具有第一位置A和第二位置B，手动阀转到第一位置A时驱动回转压紧汽缸做正向或反向的90度旋转、同时做上升运动，手动阀转到第二位置B时驱动回转压紧汽缸做反向或正向的90度旋转、同时做下降运动；

所述支架支撑面1的两个相对侧分别设有一组所述压板、回转压紧汽缸和手动阀。

所述夹具对待焊的两层不锈钢面板部件进行贴合固定的过程为：

把手动阀转到第一位置A，回转压紧汽缸上升并旋转90°使压板离开支撑面1，此时压板4位于支架1的侧边位置，先将下层不锈钢面3板装入支架的支撑面1上，然后再将上层不锈钢面板7装入压板4下方，并将上层不锈钢面板7与压板4固定，压板4和上层不锈钢面板7在图1中采用虚线表示，再将手动阀6转到第二位置B，回转压紧气缸5反向旋转90°使下方连接有上层金属面板7的压板压向下层金属面板3，同时将上层金属面板7和下层金属面板3进行压紧，最后，激光焊接机通过压板的镂空处进行激光点焊。

实施例二

与实施例一不同的是，待点焊的下层不锈钢面板厚度为1mm，上层不锈钢面板的厚度为1.2mm，其中激光点焊时的工艺参数为：

激光功率选用3.0KW；

点焊时间为215ms；

焊接速度：15mm/s；

透镜焦距：一样选用φ50×150mm；

离焦量：0～1mm中任选一个参数值，本实施例的离焦量0.7mm；

出光频率：6HZ；

其余参数和夹具与实施例一保持一致。

Claims (5)

1.一种金属面板部件激光点焊方法，首先选用一台激光焊接机，然后将待点焊的厚度为0.8mm～1mm的下层金属面板与厚度为1～1.2mm的上层金属面板进行预处理，将待焊的上层金属面板和下层金属面板进行贴合固定，最后采用激光点焊方式将两层待焊的金属面板部件进行激光点焊步骤，其特征在于：激光点焊时的工艺参数为：

激光功率：2.3～3.0KW；

点焊时间：180～220ms；

焊接速度：12～16mm/s；

透镜焦距：φ50×120～φ50×150mm；

离焦量：0～1mm；

出光频率：6～10HZ；

激光点焊步骤开始后，在开始0.5ms内，使激光功率从0上升到100％全功率，然后在100％全功率时持续8.5ms～9ms，在持续的这段时间完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降到0。

2.根据权利要求1所述的金属面板部件激光点焊方法，其特征在于：将两层待焊的金属面板部件进行贴合固定后，确保两层待焊的金属面板部件之间的间隙小于0.1毫米。

3.根据权利要求2所述的金属面板部件激光点焊方法，其特征在于：采用如下结构的夹具对待焊的两层金属面板部件进行贴合固定，所述夹具包括：

具有支撑面的支架，所述支撑面用于放置待焊的下层金属面板；

设置在所述支撑面旁、能压在待焊的下层金属面板上方、且具有镂空的压板；

与压板联接的回转压紧气缸，回转压紧气缸能驱动压板做90度旋转、同时能驱动压板相对于支撑面做上升和下降运动；

与回转压紧气缸连接的手动阀，手动阀具有第一位置和第二位置，手动阀转到第一位置时驱动回转压紧气缸做正向或反向的90度旋转、同时做上升运动，手动阀转到第二位置时驱动回转压紧气缸做反向或正向的90度旋转、同时做下降运动；

所述夹具对待焊的两层金属面板部件进行贴合固定的过程为：

把手动阀转到第一位置，回转压紧气缸上升并旋转90°使压板离开支撑面，此时压板位于支架的侧边位置，先将下层金属面板装入支架的支撑面上，然后再将上层金属面板装入压板下方，并将上层金属面板与压板固定，再将手动阀转到第二位置，回转压紧气缸再次旋转90°，此次旋转方向与前次旋转方向相反，从而使下方连接有上层金属面板的压板压向下层金属面板，同时将上层金属面板和下层金属面板进行压紧，最后，激光焊接机通过压板的镂空处进行激光点焊。

4.根据权利要求3所述的金属面板部件激光点焊方法，其特征在于：所述支架支撑面的两个相对侧分别设有一组所述压板、回转压紧气缸和手动阀。

5.根据权利要求1或2或3所述的金属面板部件激光点焊方法，其特征在于：选用PB系列光纤传输激光焊接机进行激光点焊焊接。