CN104607797A - 一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法 - Google Patents

一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法 Download PDF

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占剑
陈伦安
袁济民
张宏
杨明江
韩延良
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Institute of Mechanics of CAS
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Zhongshan Zhongyue Tinplate Industrial Co ltd
Institute of Mechanics of CAS
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
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Abstract

本发明设计采用柱状透镜、棱镜等光学镜片与聚焦透镜组合的方式，用于激光对薄钢板进行对接焊接等处理。本发明公开了一种实现薄板高速对接焊接所需的激光工艺，包括激光功率密度和作用时间范围。由于焊接件厚度在0.15mm-0.25mm，又采用对接方式进行激光焊接，易出现焊穿和凹陷等缺陷，通过降低激光功率密度和延长作用时间，使得在高速焊接过程中形成稳定的熔池，从而增加焊缝质量。

Description

一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种钢板焊接方法，尤其是一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法。
背景技术
激光焊接是一种常见的激光加工方法，通过采用气体保护来避免激光作用区域氧化，从而提高焊缝的质量，是一种常用方法。随着薄钢板（厚度为0.2mm左右）在制罐等行业的广泛应用，其中需要高速成型，要求激光焊接速度高（>20m/min）,同时由于焊速高，所需要的激光功率大，而随着激光输入能量的增加，薄钢板的焊缝区域特别是在对接焊接时极易出现凹陷、“驼峰”以及严重时焊穿等缺陷。
中国专利公开了一种产生矩形光斑的LED照明设备，申请号：201220741619.4，申请日：2012-12-28，其中记载“本实用新型的二次光学透镜由多块柱状透镜块呈阵列状排列组成，通过该二次光学透镜的光线经过阵列状排列的柱状透镜块的单方向聚集后发生扩散，可以有效增大光线在该方向的光束角，相当于有效拉伸了光斑在该方向的几何长度，并且光线光束角在与柱状透镜块母线平行的方向不会发生改变，因此本实用新型实现了 LED 光线进行光斑矩形化的处理”。
该技术方案记载了矩形光斑的产生方法，但是该技术方案将该方法运用在了照明设备上，而本发明将在该技术方案的基础上改进并形成适用于激光焊接的加工方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种对于在高速运动过程时薄钢板的对接激光焊接中提高激光焊接焊缝质量的加工方法。
本发明的技术方案为：
一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 光源采用光纤输出，提高光源质量；
2）光纤输出端前方设有准直镜，其作用是维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性；
3）准直镜输出端前方设有聚焦透镜，其作用是聚焦；
4）聚焦透镜输出端前方设有柱状透镜，所述的柱状透镜为柱状体，光线经过柱状透镜块的单方向聚集后发生扩散，可以有效增大光线在该方向的光束角，相当于有效拉伸了光斑在该方向的几何长度，并且光线光束角在与柱状透镜块母线平行的方向不会发生改变，因此实现了光线进行光斑矩形化的处理。
进一步地，通过改变聚焦透镜的焦距、柱状透镜的焦距或者聚焦镜与柱状透镜的相对位置，可实现不同柱状光斑长度的输出，从而可实现对焊缝区域不同功率密度和加工时间的激光输出。
更进一步地，所述的改变聚焦透镜的焦距、柱状透镜的焦距的方法为更换不同焦距的聚焦透镜和柱状透镜。
本发明的有益效果为：通过柱状光斑模式后，焊缝的凸起或凹陷量明显小于未使用柱状透镜的凸起或凹陷值，这是因为经过柱状光斑模式后，光束能量均匀并且焊缝熔池在焊接过程中形成稳定，无强烈的材料汽化与冲击，焊缝质量得到提高。
附图说明
图1为柱状激光光斑原理图。
图中，1-光纤、2-准直镜、3-聚焦透镜、4-柱状透镜、5-柱状光斑、X-X轴、Y-Y轴、a-聚焦透镜与柱状透镜的距离、b-柱状光斑长度、EFL-柱状透镜焦距、f1-聚焦透镜焦距。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法，包括以下步骤：
1）光源采用光纤1输出；
2）光纤输出端前方设有准直镜2；
3）准直镜输出端前方设有聚焦透镜3，聚焦透镜3的焦距为f1；
4）聚焦透镜3输出端前方设有柱状透镜4，所述的柱状透镜4为柱状体，柱状透镜的焦距为EFL。
为便于直观阐述，上述各个组件的具体位置设定：X轴与Y轴垂直，光源、准直镜2、聚焦透镜3、柱状透镜4的中轴线均垂直于X轴、Y轴且交点均为X轴与Y轴的交点。
通过改变聚焦透镜的焦距f1、柱状透镜的焦距EFL或者聚焦镜与柱状透镜的距离a，可实现不同柱状光斑b长度的输出，从而可实现对焊缝区域不同功率密度和加工时间的激光输出。
所述的改变聚焦透镜的焦距f1、柱状透镜的焦距EFL的方法为更换不同焦距的聚焦透镜和柱状透镜。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
光源采用光纤输出；
光纤输出端前方设有准直镜；
准直镜输出端前方设有聚焦透镜；
聚焦透镜输出端前方设有柱状透镜，所述的柱状透镜为柱状体。
2.根据权利要求1所述的一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法，其特征在于：通过改变聚焦透镜的焦距、柱状透镜的焦距或者聚焦镜与柱状透镜的相对位置，可实现不同柱状光斑长度的输出。
3.根据权利要求2所述的一种薄钢板高速对接焊接的激光加工方法，其特征在于：所述的改变聚焦透镜的焦距、柱状透镜的焦距的方法为更换不同焦距的聚焦透镜和柱状透镜。
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