CN103406667A - 一种不锈钢薄板角焊缝的激光焊接方法及其夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接方法及其专用夹具，该方法是用一种同轴4路保护气体喷嘴，以氩气作为保护气体，通过CCD传感器进行示教定位代替操作人员视觉定位，YW-52焊接头与Z轴夹角25-30°，水平薄板搭接在垂直板厚度2/3处，离焦量+15-+25mm，焊接速度2-6m/min，进行激光焊接。提高生产的精度与速度，实现薄板角焊缝圆角过渡，正、背面没有氧化色，焊接质量能够满足批量生产，达到产品设定的技术要求的不锈钢薄板焊接方法。为了提升该焊接方法的效率以及质量，焊接时使用专用夹具采用一侧夹具位于水平位置，且另一侧夹具成90°的焊接夹具固定0.7mm的两块薄板，通过快速卡具、垫圈、压板、平台和螺钉可以实现不锈钢的快速定位，以及牢固固定，也能防止不锈钢在固定过程中磨损。

Description

一种不锈钢薄板角焊缝的激光焊接方法及其夹具
技术领域
本发明涉及激光焊接技术，具体为一种激光焊接不锈钢薄板角焊缝的方法。本发明还涉及该激光焊接方法的专用夹具。 
背景技术
薄板的焊接变形控制技术、角焊缝焊接不上和氧化色是焊接领域的技术难题，焊接变形与材料、焊接工艺、焊接方法等因素有关；角焊缝焊接不上与夹具设计的合理性、机器人示教有关，传统通过KUKA机器人的guide laser红光引导，薄板角焊缝上的示教误差很大，不能保证激光照射在预定位置，造成焊缝成形困难，人眼对于红光的观察误差比较大；氧化色与保护气体类型、保护气体喷嘴结构有关。传统采用TIG焊接方法，TIG不能在焊件上直接起弧，易产生夹钨或者工件粘接，电弧也不能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板，在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨头加热至一定温度后再移至待焊部位。这样增加了辅助焊接的时间。由于是薄板角焊缝焊接，焊接电流均取小值，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接。 
发明内容
为了实现薄板角焊缝圆角过渡，正、背面没有氧化色，焊接质量能够满足批量生产，上述焊接方法要专用的夹具。本发明专用夹具包括：平台，铜垫板，压板，夹板，快速卡具，垫圈等，其特征在于：快速卡具通过螺钉固定在夹板上，夹板通过螺钉固定在平台上，铜垫板通过圆柱销固定在平台上，压板通过螺钉固定在铜垫板上。把不锈钢薄板分别放在水平和垂直铜垫板上，水平铜压板和垂直铜压板分别压在不锈钢薄板上，调节两个不锈钢薄板的搭接位置关系，水平不锈钢薄板搭接在垂直不锈钢薄板厚度的2/3位置处，然后使两个铜压板分别在水平和竖直方向贴紧水平和竖直方向的不锈钢薄板，通过快速卡具和螺栓压紧铜压板使两个不锈钢薄板紧密搭接。 
本发明鉴于上述问题而作，其目的在于实现角焊缝的圆角过渡，焊缝成形良好，没有氧化色。 
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是为：一种薄不锈钢板的焊接方法，其特征在于包括以下步骤： 
   （1）采用一侧夹具位于水平位置，且另一侧夹具成90°的焊接夹具固定0.7mm厚度的两块薄板，夹具采用铜，因为铜的高反射率，薄板焊接时不容易使薄板背面与夹具粘连，底座采用铸钢； 
   （2）用无水乙醇擦拭待焊不锈钢薄板加工表面，将表面的油污去除；
   （3）将待焊水平不锈钢薄板搭接上另一个垂直不锈钢薄板厚度的三分之二处，通过调节夹具使两个薄板紧密固定；
   （4）用在一个平面以阶梯形式依次排开的4路保护气体喷嘴，同轴保护；
   （5）激光头与Z轴倾角25度照射搭接部位；
   （6）以氩气作为保护气体，按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1000-2000w，焊接速度2-6m/min，保护气体流量5-10L/min，离焦量+20至+25mm。
以氩气作为保护气体，在焊接过程中会形成一个保护层，把氧气隔绝，减少金属流失，减少气孔产生，提高焊缝质量，采用该方法工艺稳定性良好，焊接质量能够满足批量生产，达到产品设定的技术要求的不锈钢薄板焊接方法。 
本发明的目的还可以这样实现：焊接操作中使用机器人通过CCD传感器示教，然后设定参数，让机器人代替完成焊接操作。采用这种设计以后，CCD传感器在示教过程中避免了人眼观察的误差，通过在电脑显示器上观察起始和终止位置来实现精确定位，而且保证了焊接的生产效率。 
    所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1000w，焊接速度2m/min，保护气体流量10L/min，离焦量+15mm。采用这种设计以后，焊接速度低使得焊缝成形更稳定，功率低避免焊穿，但由于速度较慢易产生氧化。 
待激光光斑焊接的位置在搭接缝线上，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度为6m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+25mm。采用这种设计以后，速度快，使焊缝处于高温区时间缩短，凝固成形较快，所以不易被氧化。 
待激光光斑焊接的位置在搭接缝线偏上0.2mm，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度5.5m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+20mm。采用这种设计以后，可以降低初始熔池的直径，角焊缝圆角过渡更好，焊接速度较快，节约保护气体。 
一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接夹具，其中主要包括：平台，铜垫板，压板，第一夹板，第二夹板，快速卡具，垫圈，其特征在于：快速卡具通过固定装置固定在夹板上，夹板通过固定装置固定在平台上，铜垫板通过活动定位装置定在平台上，压板通过固定装置固定在铜垫板上。该装置可以快速对不锈钢板进行定位并固定，降低工人的操作难度，提高焊接质量。 
 作为本发明的一种改进，所述的活动定位装置为圆柱销。采用这种设计以后，对于同垫圈的定位操作比较方便。 
 作为本发明的一种改进，所述的固定装置为螺钉。采用这种设计以后，各个零部件可以紧密结合在一起，不会影响焊接质量。 
作为本发明的一种改进，所述的平台包括水平平台和竖直平台，其夹角为90°。采用这种设计以后，可以保证不锈钢板连接角度为90° 
     与现有技术相比，本发明采用激光焊接的方法，通过KUKA机器人对不同的示教位置和焊接参数的选择，反复进行工艺试验后，确立了最佳的示教位置，工艺参数明确，工艺稳定性良好，焊接质量能够满足批量生产，达到产品设定的技术要求的不锈钢薄板焊接方法。
附图说明
图1是本发明的加工示意图， 
图2是本发明的夹具左视图，
图3是本发明的夹具俯视图，
图4是本发明的夹具主视图，
附图标记列表：1—平台，2—铜垫板，3—压板，4—第一夹板， 5—第二夹板，6—压板，7—快速卡具，8—快速卡具，9—圆柱销，10—快速卡具， 11—螺钉，12—垫圈，13—螺钉，14—螺钉，15—垫圈，16—快速卡具，17—垫圈，18—螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。 
实施例1：
以不锈钢薄板材质304，厚度0.7mm，焊接长度为10mm为例。
   采用以下步骤和工艺参数制作： 
   （1）采用一侧夹具位于水平位置，且另一侧夹具成90°的焊接夹具固定0.7mm厚度的两块薄板，夹具采用铜，因为铜的高反射率，薄板焊接时不容易使薄板背面与夹具粘连，底座采用铸钢；
   （2）用无水乙醇擦拭待焊不锈钢薄板加工表面，将表面的油污去除；
   （3）将待焊水平不锈钢薄板搭接上另一个垂直不锈钢薄板厚度的三分之二处，通过调节夹具使两个薄板紧密固定；
   （4）用在一个平面以阶梯形式依次排开的4个保护气体喷嘴，同轴保护；
   （5）激光头与Z轴倾角25度照射搭接部位；
（6）以氩气作为保护气体，按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1700w，焊接速度5.5m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+20mm。
以氩气作为保护气体，在焊接过程中会形成一个保护层，把氧气隔绝，减少金属流失，减少气孔产生，提高焊缝质量。 
实施例2：
    作为本发明的一种改进，焊接操作中先对机器人进行CCD传感器示教，然后设定参数，让机器人代替完成焊接操作。采用这种设计以后，CCD传感器在示教过程中避免了人眼观察的误差，通过在电脑显示器上观察起始和终止位置来实现精确定位，而且保证了焊接的生产效率。其余结构特点和优点与实施例1完全相同。
实施例3：
    作为本发明的一种改进，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1000w，焊接速度2m/min，保护气体流量10L/min，离焦量+15mm。采用这种设计以后，焊接速度低使得焊缝成形更稳定，功率低避免焊穿，但由于速度较慢易产生氧化。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例4：
作为本发明的一种改进，待激光光斑焊接的位置在搭接缝线上，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度为6m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+25mm。采用这种设计以后，速度快，使焊缝处于高温区时间缩短，凝固成形较快，所以不易被氧化。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例5：
    待激光光斑焊接的位置在搭接缝线偏上0.2mm，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度5.5m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+20mm。采用这种设计以后，可以降低初始熔池的直径，可以使焊缝深度提高，角焊缝圆角过渡更好，焊接速度较快，节约保护气体。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例6：
结合附图2、3、4可见，一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接夹具，其中主要包括：平台1，铜垫板2，压板3，第一夹板4，第二夹板5，快速卡具10，垫圈12等，其特征在于：快速卡具8通过固定装置固定在夹板5上，夹板5通过固定装置固定在平台1上，铜垫板2通过活动定位装置定在平台1上，压板6通过固定装置固定在铜垫板2上。该装置可以快速对不锈钢板进行定位并固定，降低工人的操作难度，提高焊接质量。
实施例7：
    作为本发明的一种改进，所述的活动定位装置为圆柱销9。采用这种设计以后，对于同垫圈的定位操作比较方便。其余结构特点和优点与实施例1完全相同。
实施例8：
    作为本发明的一种改进，所述的固定装置为螺钉11。采用这种设计以后，各个零部件可以紧密结合在一起，不会影响焊接质量。其余结构和优点和实施例1完全相同。
实施例9：
    作为本发明的一种改进，所述的平台包括水平平台和竖直平台，其夹角为90°。采用这种设计以后，可以保证不锈钢板连接角度为90°。其余结构和优点和实施例1完全相同。
本发明还可以将实施例2、3、4、5所述的技术特征至少一个与实施例1组合成新的实施方式，本发明还可以将实施例7、8、9所述的技术特征至少一个与实施例6组合成新的实施方式。 
 本发明的具体使用过程如下：把不锈钢薄板分别放在水平和垂直铜垫板上，水平铜压板和垂直铜压板分别压在不锈钢薄板上，调节两个不锈钢薄板的搭接位置关系，水平不锈钢薄板搭接在垂直不锈钢薄板厚度的2/3位置处，然后使两个铜压板分别在水平和竖直方向贴紧水平和竖直方向的不锈钢薄板，通过快速卡具和螺栓压紧铜压板使两个不锈钢薄板紧密搭接。然后对搭接处进行焊接。 
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。 

Claims (9)

1.一种不锈钢薄板角焊缝的激光焊接方法，其特征在于：所述焊接方法的具体步骤如下：
(1)选择合适的焊接夹具，所述焊接夹具的一侧位于水平位置，焊接夹具的另一侧与水平侧成90°，焊接夹具固定厚度均为0.7mm的两块薄板，所述夹具采用铜，因为铜的高反射率，薄板焊接时不容易使薄板背面与夹具粘连，底座采用铸钢；
(2)用无水乙醇擦拭待焊不锈钢薄板加工表面，将表面的油污去除；
(3)将待焊水平不锈钢薄板搭接上另一个垂直不锈钢薄板厚度的三分之二处，通过调节夹具使两个薄板紧密固定，通过快速卡具和螺栓夹紧，使两个板搭接紧密；
(4)用在同一个平面以阶梯形式依次排开的具有4个保护气体喷嘴，同轴保护；
(5)激光头与Z轴倾角25-30度照射搭接部位；
(6)使用氩气作为保护气体，按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1000-2000w，焊接速度2-6m/min，保护气体流量5-10L/min，离焦量+20mm至+25mm。
2.根据权利要求1所述的不锈钢薄板角焊缝的光纤激光焊接方法，其特征在于：所述的焊接操作中使用机器人通过CCD传感器示教，然后设定参数，让机器人代替完成焊接操作。
3.根据权利要求2所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率1000w，焊接速度2m/min，保护气体流量10L/min，离焦量+15mm。
4.根据权利要求2所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：待激光光斑焊接的位置在搭接缝线上，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度为6m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+25mm。
5.根据权利要求2所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：待激光光斑焊接的位置在搭接缝线偏下板0.5mm，所述的参数按以下设定的工艺参数进行焊接，激光输出功率为1700w，焊接速度5.5m/min，保护气体流量5L/min，离焦量+20mm。
6.一种实现权利要求1—5所述焊接方法的夹具，其中主要包括：平台（1），铜垫板（2），压板（3），第一夹板（4），第二夹板（5），快速卡具（10），垫圈（12），其特征在于：快速卡具（8）通过固定装置固定在夹板（5）上，夹板（5）通过固定装置固定在平台（1）上，铜垫板（2）通过活动定位装置定在平台（1）上，压板（6）通过固定装置固定在铜垫板（2）上。
7.根据权利要求6所述的一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接夹具，其特征在于：所述的活动定位装置为圆柱销（9）。
8.根据权利要求6或7所述的一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接夹具，其特征在于：所述的固定装置为螺钉（11）。
9.根据权利要求6或7所述的一种薄板不锈钢角焊缝的激光焊接夹具，其特征在于：所述的平台包括水平平台和竖直平台，其夹角为90°。
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Denomination of invention: Laser welding method of stainless steel sheet fillet weld and clamp thereof

Effective date of registration: 20191115

Granted publication date: 20150701

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Denomination of invention: Laser welding method and fixture for fillet weld of stainless steel sheet

Effective date of registration: 20201029

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Denomination of invention: A laser welding method for fillet weld of stainless steel sheet and its fixture

Effective date of registration: 20211129

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Denomination of invention: A Laser Welding Method and Fixture for Fillet Weld of Stainless Steel Sheet

Effective date of registration: 20220923

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Denomination of invention: A Laser Welding Method and Fixture for Fillet Welds of Stainless Steel Thin Plates

Effective date of registration: 20230906

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Registration number: Y2023980055219